L’efficacité de la stimulation cérébrale profonde subthalamique dans certains cas de maladie de Parkinson est maintenant bien établie. Toutefois, des progrès restent possibles, à la fois en terme de contrôle du geste chirurgical et en terme de définition de la cible chirurgicale. Dans la première partie de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’optimisation du contrôle de l’implantation des électrodes de stimulation cérébrale profonde. Nous avons tout d’abord analysé rétrospectivement les résultats obtenus en réalisant une imagerie tridimensionnelle per-opératoire pour le contrôle de positionnement des électrodes. Nous nous sommes ensuite intéressés à la possibilité d’utiliser un repère de visée radiologique per-opératoire. Nous avons revu pour cela une série de patients ayant subi une réimplantation d’électrodes, pour lesquels l’électrode déjà en place était utilisée comme point de repère à la fois pour définir la cible de la réimplantation et pour contrôler radiologiquement l’implantation de la nouvelle électrode. Dans la seconde partie, nous avons travaillé à l’optimisation de la cible subthalamique. Nous avons tout d’abord évalué la pertinence du repérage du faisceau mamillo-thalamique sur des coupes IRM axiales comme marqueur de la coordonnée y du bord antérieur du noyau subthalamique. Ensuite, nous avons tâché de proposer une normalisation tridimensionnelle de l’espace stéréotaxique à partir de données recueillies dans une série de volontaires sains. Enfin, pour une série de patients opérés avec un bon résultat, nous avons cherché à corréler la position des contacts actifs en stimulation chronique avec des points de repères profonds visibles en IRM. Nous avons pu proposer ainsi une cible normalisée dont les coordonnées sont : x = 0,44xbord latéral du V3 + 10,71mm; y = 0,69xfaisceau mamillothalamique + 1,62 mm ou 0,34 distance CACP + 2,52 mm; z = 0,72 hauteur du thalamus – 16 mm. Cette cible sera évaluée dans une future étude prospective. / The clinical efficacy of subthalamic deep brain stimulation is now well established. Nevertheless, progress is possible, regarding especially (1) the accuracy of electrodes implantation and (2) the definition of the surgical target. In the first part of this work, we worked on the optimization of DBS electrodes implantation. First, we analyzed retrospectively the results obtained by using intra-operative 3D imaging for the control of microelectrodes and definite leads placement. Thereafter, we considered the possibility to use a radiological landmark for intraoperative controls. To this end, we studied the cases of patients who underwent reimplantation of DBS electrodes. The initial electrode (still implanted) was used as a landmark: (1) for the deifntion of the reimplantation target and (2) for the radiological control of the new lead positioning. In the second part, we worked on the optimization of the surgical target. First, we assessed the interest of the mamillothalamic tract as a landmark of the anteroposterior coordinate of the anterior border of the STN in MR axial images. Thereafter, we tried to identify MR landmarks for tridimensionnal normalization of the stereotactic space. Finally, we tried to correlate the coordinates of active contacts with MR-defined landmarks in a series of patients that had been operated with good clinical results. Based on our results, we can propose the following coordinates for a new normalized subthalamic target : x = 0.44xlat edge 3rd ventricle + 10.71mm; y = 0.69xmamillo-thalamic tract + 1.62 mm or 0.34 ACPC length + 2.52 mm; z = 0.72xthalamus height – 16 mm. We will assess this target in a future prospective study.

On dérive un nouveau modèle d’écoulements cisaillés et turbulents d’eau peu profonde. Les écarts de la vitesse horizontale par rapport à sa valeur moyenne sont pris en compte par une nouvelle variable appelée enstrophie, liée à la vorticité et à l’énergie turbulente. Le modèle comporte trois équations qui sont les bilans de masse, de quantité de mouvement et d’énergie. Le modèle est hyperbolique et peut être écrit sous forme conservative. L’énergie turbulente, dont l’intensité peut être importante, est produite par les ondes de choc qui apparaissent naturellement dans le modèle. Les écoulements rapidement variés étudiés sont caractérisés par l’existence d’une structure turbulente appelée rouleau dans laquelle la dissipation d’énergie turbulente joue un rôle majeur. Cette dissipation, qui détermine notamment le profil de profondeur, est modélisée par l’introduction d’un terme nouveau dans le bilan d’énergie. Le modèle comporte deux paramètres. L’un gouverne la dissipation de l’énergie turbulente du rouleau. L’autre paramètre, l’enstrophie de paroi, liée au cisaillement sur le fond, peut être considéré comme constant dans la partie rapidement variée d’un écoulement, sur laquelle il exerce une influence assez faible. Ce modèle a été appliqué avec succès aux vagues des trains de rouleaux et au ressaut hydraulique classique. Le profil de la surface libre est en très bon accord avec les résultats expérimentaux. L’étude numérique en régime non stationnaire permet notamment de prédire le régime oscillatoire du ressaut hydraulique. La fréquence d’oscillations correspondante est en accord satisfaisant avec les mesures expérimentales de la littérature. / We derive a new model of turbulent shear shallow water flows. The deviation of the horizontal velocity from its average value is taken into account by a new variable called enstrophy, which is related to the vorticity and to the turbulent energy. The model consists of three equations which are the balances of mass, momentum and energy. The model is hyperbolic and can be written in conservative form. The turbulent energy, which can be of high intensity, is produced in shock waves which appear naturally in the model. The rapidly varied flows we studied are characterized by the presence of a turbulent structure called roller in which the turbulent energy dissipation plays a major part. This dissipation, which determines, in particular, the depth profile, is modelled by the introduction of a new term in the energy balance equation. The model contains two parameters. The first one governs the dissipation of the turbulent energy of the roller. The second one, the wall enstrophy, related to the shearing at the bottom, can be considered as constant in the rapidly varied part of the flow on which it does not exert an important influence. This model was successfully applied to roll waves and to the classical hydraulic jump. The free surface profile was found in very good agreement with the experimental results. The numerical study in the non-stationary case can notably predict the oscillations of the hydraulic jump. The corresponding oscillation frequency is in good agreement with the experimental measures found in the literature.

Les sources hydrothermales profondes sont des édifices géologiques formés par l’infiltration d’eau de mer dans la croûte océanique, formant un fluide chaud (>400 °C), riche en métaux qui précipite pour former des cheminées dans lesquelles circulent un courant électrique. Les travaux de recherche présentés ici avaient pour objectif de révéler la présence de microorganismes capable de participer à la production de ce courant électrique ou d’utiliser cette électricité pour vivre au sein de ces cheminées électriquement conductrices. Nous nous sommes focalisés sur les microorganismes capables de survivre à haute température (entre 60 et 95°C). Différentes communautés microbienne en interaction et électroactives ont pu être cultivées permettant de poser des hypothèses crédibles quant à la colonisation primaire de ces environnements extrêmes. Ces hypothèses pourraient également s’appliquer aux théories d’origine de la vie en contexte hydrothermal. / Deep hydrothermal vents are geologic structures formed by the infiltration of seawater into the oceanic crust, forming a hot metal-rich fluid (> 400 ° C) that precipitates to form chimneys in which an electric current flows. The purpose of the research presented here was to reveal the presence of microorganisms capable of participating in the production of this electric current or of using this electricity to live within these electrically conductive chimneys. We focused on microorganisms able to survive at high temperatures (between 60 and 95 ° C). Different interacting and electroactive microbial communities have been cultivated, allowing the building of credible hypotheses about the primary colonization of these extreme environments. These hypotheses could also be applied to theories of origin of life in a hydrothermal context.

La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative secondaire à la mort des neurones dopaminergiques, entraînant un dysfonctionnement des ganglions de la base (GB), ensemble de noyaux sous corticaux impliqués dans le contrôle de la motricité. Les symptômes moteurs sont améliorés par le traitement dopaminergique et par la stimulation cérébrale profonde (SCP) du noyau subthalamique (NST). Il a été montré que le changement d’activité bêta est corrélé avec l’amélioration motrice des symptômes de bradykinésie et rigidité. L’hypothèse serait que les oscillations bêta pourraient être un physiomarqueur spécifique des symptômes moteurs de la MP. L’objectif de cette thèse est de comprendre l’activité du NST et de trouver un physiomarqueur de la MP : au repos et pendant un paradigme Go/Nogo.Dans une première partie, pour 55 patients, nous avons modélisé la puissance avec un modèle linéaire à effets mixtes dans six bandes de fréquences selon la position des électrodes, la présence de complications liées au traitement dopaminergique, de la sévérité des symptômes, et du changement de ces symptômes suite à la prise du traitement dopaminergique. Le changement le plus important entre OFF- et ON-DOPA est observé dans la bande low-bêta. Cependant, nous n’avons pas trouvé de corrélation entre la sévérité de la bradykinésie, rigidité, ou du score axial avec l’activité low-bêta. Mais, nous avons trouvé que la sévérité de la rigidité était associée aux fréquences supérieures à 20Hz. Nous avons également trouvé une corrélation positive entre la sévérité du tremblement dans toutes les bandes de fréquences, qui est très importante pour la bande thêta. Etonnement, nous avons trouvé que les complications liées au traitement dopaminergique pouvaient induire des informations dans toutes les bandes. Cet effet est très important pour la bande thêta. Nos résultats au repos suggèrent que l’activité bêta n’est pas le physiomarqueur idéal de la MP.Pendant le paradigme Go/Nogo, pour 15 patients, nous avons modélisé la puissance avec un modèle linéaire à effets mixtes pour toutes les fréquences selon la position des électrodes, la sévérité des symptômes, les données comportementales et cinétiques. Nous avons trouvé une spécificité temporelle et spatiale des activités du NST au cours du paradigme. Nos résultats montrent que le NST est impliqué dans le contrôle des différentes étapes du mouvement volontaire du membre supérieur et que le défaut de dopamine dans le circuit sensorimoteur des GB génère une série de changements oscillatoires au sein du NST lors du mouvement. Cependant, l'activité thêta est apparue comme une activité caractéristique en OFF-DOPA fortement corrélée aux paramètres comportementaux et cinétiques. Cette activité pourrait être le physiomarqueur de la MP pendant l'exécution d'un mouvement, son augmentation pourrait induire une réponse motrice et un mouvement rapide. / The Parkinson's disease is a secondary neurodegenerative disease in the death of the dopaminergic neurons, pulling a dysfunction of the ganglions of the base (GB), the set pits under cortical implied in the control of the motricity...

Le but de cette étude était d'évaluer le rôle des boucles des ganglions de la base et des voies dopaminergiques sur les mécanismes « bottom-up » et « « top-down » du contrôle de l'attention visuelle (AV). Nous avons comparé les performances sur 3 tâches informatisés, appropriées à l'étude de la capture attentionnelle (CA), des mécanismes de sélection de la réponse motrice et d'initiation du mouvement, de deux groupes de patients avec maladie de Parkinson (MP) - un groupe étant évalué dans trois différentes conditions de stimulation électrique (sans stimulation, ou stimulation sélective de la partie sensorimotrice, SM, ou de la partie associative, AS, du noyau subthalamique, NST), l'autre groupe étant évalué dans deux différentes conditions de traitement médical (avec ou sans levodopa) - avec celles d'un groupe des sujets contrôles. Nos résultats suggèrent dans la MP un affaiblissement des mécanismes « top-down » de contrôle de l'AV, ce qui pourrait aussi expliquer indirectement l'augmentation de la CA. Le traitement dopaminergique est efficace dans le rétablissement des mécanismes « top-down » de l'AV, suggérant une implication des voies dopaminergiques dans ce domaine cognitif. Ces voies semblent aussi jouer un rôle dans les mécanismes « bottom-up » de l'attention, comme l'a suggéré le renforcement de la CA sous traitement dopaminergique. La stimulation du NST a montré un effet similaire à celui obtenu par un traitement dopaminergique, en favour d'une implication directe des boucles des ganglions de la base dans le contrôle de l'AV. Nos résultats ont mis en évidence une spécialisation fonctionnelle de différents sous-territoires du NST en ce qui concerne les mécanismes de « top-down ». La stimulation SM produit des effets marqués sur les processus d'initiation de mouvement et des effets positifs sur les mécanismes endogènes de l'AV, alors que la stimulation de la partie AS semble être plus particulièrement efficace dans l'amélioration des mécanismes de sélection de cible. / We aimed to investigate the possible role of cortico-basal ganglia loops and dopaminergic pathways in the mechanisms of top-down and bottom-up control of visual attention (VA). We compared the performances on 3 computerized tasks, respectively suitable to study attentional capture (AC), motor response selection and movement initiation, of two groups of patients with Parkinson's disease (PD), one evaluated in different sets of electrical stimulation (without stimulation, or selective stimulation of the sensorimotor, SM, or associative, AS, parts of the subthalamic nucleus, STN), the other in different conditions of medication (with or without levodopa), with those of a group of controls. Our results showed that in PD there is a weakening of the mechanisms underlying the top-down control of VA, which also would account indirectly account for the enhancement of AC. Dopaminergic treatment proved to be effective in restoring the top-down mechanisms of VA, suggesting an involvement of dopaminergic pathways in this cognitive domain. These pathways seem to play a role also in the bottom-up mechanisms of attention, as suggested by the enhancement of AC under dopaminergic treatment. The STN-stimulation showed a similar effect to that obtained by dopaminergic treatment, establishing a direct involvement of the basal ganglia loops in VA control. Our results highlighted a functional specialization of different sub-territories of the STN in relation to the top-down mechanisms. SM stimulation produced marked effects on the movement initiation processes and appreciable positive effects on endogenous VA mechanisms, while AS stimulation seems to be especially effective in improving the mechanisms of target selection.

Les troubles exécutifs de la maladie de Parkinson sont invalidants et sans solution thérapeutique satisfaisante. La raison est liée au fait que les fonctions exécutives sont difficiles à appréhender, tant au niveau de leur modélisation cognitive qu'anatomo-fonctionnelle ou neurochimique. Ici, nous nous appuyons sur des avancées théoriques et méthodologiques récentes pour revisiter ces troubles exécutifs. Nous nous intéressons à une fonction, récemment mise en évidence, destinée à verrouiller par anticipation le déclenchement de toute action en situation d'incertitude : le contrôle proactif de l'inhibition non sélective de l'action. Notre hypothèse directrice est que son dysfonctionnement est susceptible de générer une grande variété de troubles exécutifs. Nous avons : 1) recherché les liens entre marqueurs cliniques et troubles du contrôle proactif ; 2) identifié les dysfonctionnements cérébraux associés au moyen de méthodes électroencéphalographiques innovantes combinées à l'enregistrement des effets de la stimulation du noyau sous-thalamique ; et 3) sondé l'origine neurochimique de cette fonction. Nos résultats suggèrent qu'un dysfonctionnement de l'inhibition proactive n'engendre pas uniquement des troubles impulsifs mais explique également des comportements hypo-productifs comme l'akinésie. Ils indiquent que ces troubles ne sont pas d'origine dopaminergique et qu'ils sont liés au dysfonctionnement de l'activité du cortex frontal médian et du noyau sous-thalamique. Ces travaux ouvrent la voie à de nouvelles perspectives thérapeutiques pour la maladie de Parkinson et à une meilleure appréhension de la clinique d'autres pathologies / Executive impairments in Parkinson’s disease are debilitating and have no satisfying therapeutic option. This is partly due to the fact that executive functions are difficult to investigate from cognitive, neuro-functional and neurochemical standpoints. Here, we build on recent theoretical and methodological improvements to revisit executive impairments. We are interested in a function that consists in locking in advance movement initiation mechanisms in the face of uncertainty: proactive control of non-selective inhibition of action. Our leading hypothesis is that dysfunction of proactive inhibitory control could generate widespread and heterogeneous executive impairments. We thus: 1) tried to relate clinical markers of the disease to behavioral indexes of proactive control impairment; 2) identified the associated cerebral dysfunctions by means of advanced electroencephalographic methods and manipulation of deep brain stimulation of the subthalamic nucleus; and 3) investigated the neurochemical origin of this function. Our results suggest that impulsivity is not the only outcome of inhibitory impairment. Disorder of proactive inhibitory control may also account for hypo-productive behaviors such as akinesia. Results also indicate that this mechanism is of non-dopaminergic origin and relies on medial frontal and subthalamic activity. This work opens the way for new therapeutic approaches for Parkinson’s disease as well as a better understanding of clinical symptoms observed in others diseases

Le vieillissement de la population a vu émerger des maladies liées à l'âge telles que les maladies neurodégénératives. La neuromodulation peut être proposée à certains patients lorsque les médicaments ne sont plus efficaces ou qu'ils entraînent des effets secondaires invalidants. L’objectif de cette thèse est de mieux caractériser les structures cérébrales pour optimiser le ciblage de la neuromodulation et, ainsi augmenter les bénéfices thérapeutiques.Le premier axe de recherche porte sur la région locomotrice mésencéphalique (MLR) qui est une cible en cours d'évaluation pour les patients parkinsoniens souffrant de troubles de la marche et de l'équilibre. Nous avons exploré la connectivité de la MLR et les résultats nous ont amené à considérer que le noyau pédonculopontin (PPN), qui est une région constituante de la MLR, est la cible à privilégier. Or, une perte des neurones cholinergiques du PPN a été montrée chez les patients parkinsoniens. Le second projet a consisté à étudier la topographie de la perte de neurones chez différents groupes pathologiques. Nos résultats montrent que le maximum de densité des neurones cholinergiques se situe à +3 mm du début supérieur du PPN et serait la cible optimale de sa neuromodulation. Enfin, nous avons construit un atlas 3D du tronc cérébral humain afin de guider l’implantation d'électrode dans la MLR.Le second axe de recherche concerne le Vim qui est la cible usuelle pour les tremblements essentiels. Nous avons appliqué différentes méthodes de ciblage et comparé les localisations. Nous avons trouvé des différences de distance entre cibles, pouvant affecter les résultats de la neuromodulation, supérieures à 1.5 mm. / The aging of the population has led to the emergence of many age-related diseases such as neurodegenerative diseases. Neuromodulation techniques can be proposed to some patients when medications are no longer effective or have invalidating side effects. The objective of this PhD is to better characterize brain structures in order to optimize neuromodulation targeting and thus increase the therapeutic benefits for patients.The first area of research concerns the mesencephalic locomotor region (MLR), which is a neuromodulation target being evaluated for Parkinsonian patients who suffer from walking and balance disorders. We explored the anatomical connectivity of the MLR and the results led us to consider the pedonculopontin nucleus (PPN), which is a part of the MLR, as the target of neuromodulation to privilege. However, partial loss of cholinergic neurons in the PPN has been shown in Parkinsonian patients. The second project consisted in studying the topography of this loss in different pathological groups. Our results show that the maximum density of cholinergic neurons in all the subjects is situated at +3 mm from the superior edge of the PPN and is the optimal target for its neuromodulation. Finally, we constructed a 3D atlas of the healthy human brainstem in order to guide the implantation of electrodes in the MLR.The second area of research concerns the ventral intermediate nucleus (Vim) of the thalamus, which is the usual neuromodulation target for essential tremors. We applied various targeting methods of the Vim and compared the locations. We found differences in distance between targets greater than 1.5 mm which may affect the neuromodulation results.

La stimulation cérébrale profonde (SCP) du globus pallidus interne (GPi) est une technique neurochirurgicale établie pour le traitement des mouvements anormaux. Malgré l'effet bénéfique de la SCP du GPi chez les patients porteurs d'un syndrome dystono-dyskinétique (SDD) primaire généralisé, le degré d'amélioration varie d'un patient à l'autre. Nous proposons un modèle anatomique computationnel basé sur l'IRM stéréotaxique mis en concordance avec un modèle de la distribution électrique du système de SCP qui peut être appliqué en pré- et postopératoire sur des patients déjà implantés. Le but de ce modèle est d'optimiser la localisation de la cible au moment de la planification chirurgicale, permettant une localisation des contacts de l'électrode après la chirurgie et d'ajuster les paramètres électriques en routine clinique et pour chaque patient. Nous avons appliqué le modèle à des données cliniques enregistrées de patients avec un SDD primaire généralisé qui ont été traités par l'implantation bilatérale d'électrode dans le GPi. Cette thèse discute les effets des variables liniques, anatomiques (volume du GPi) et électriques (volume stimulé) sur le score moteur postopératoire de l'échelle Burke-Fahn-Marden Dystonia rating scale (BFMDRS) afin d'identifier les facteurs pouvant prédire le degré d'amélioration. En utilisant ces résultats, nous avons modélisé une nouvelle électrode théorique pour optimiser la délivrance du courant, améliorer le bénéfice thérapeutique, minimiser les effets de bord de la SCP et obtenir une distribution du champ électrique plus homogène.

L'ensemble des travaux rassemblés dans ce mémoire contribue à la connaissance de l'orogène cadomien dans le Nord-Est du Massif Armoricain et en Manche Occidentale. Une double approche, géologique et géophysique est envisagée. Les principaux résultats obtenus sont les suivants: La structuration des terrains briovériens (Protérozoique supérieur) du Nord-Est du Massif Armoricain (Cotentin) résulte en grande partie de l'évolution tectonométamorphique cadomienne régie par le fonctionnement de grands chevauchements crustaux (à vergence nord et sud) synchrones de la mise en place des plutons dioritiques des Moulinets, de Jardeheu (batholite de La Hague), de Coutances et du granit\:: de la Cl,apelle du Fest (région de Coutances-Granville). L'évolution du métamorphisme définie par la construction d'un chemin Pression-Température-tempsdéfor mation traduit un contexte géodynamique de collision selon le processus : chevauchement -épaississement crustal- remontée - érosion. La modélisation des anomalies magnétiques, définissant en Manche Occidentale une suite de marqueurs linéaires d'orientation générale NE-SW, permet de préciser les paramètres (physiques et géométriques) des corps responsables des anomalies et montre l'existence d'un axe de divergence magnétique d'orientation N 70. Une interprétation de l'extrémité méridionale des profils de sismique réflexion profonde SWAT dans le Golfe normano-breton (SWAT 07-08-09-10) confirme l'existence de grands accidents crustaux assimilables à des chevauchements. L'étude tectonique et métamorphique des terrains briovériens de la presqu'île du Cotentin et les diverses signatures géophysiques (corps magnétiques à pendage nord et sud, existence de chevauchements synthétiques et antithétiques liés à la subduction cadomienne) sont compatibles avec une interprétation de l 'orogène cadomien en termes de tectonique des plaques. Le modèle proposé pour cette orogenèse "vieille de 600 Ma" se caractérise par une chaîne à double déversement.

L'analyse d'un réseau dense de profils de sismique réflection permet d'établir une stratigraphie acoustique détaillée de la marge continentale profonde de ,Côte d'Ivoire-Ghana, et de mettre en évidence les principales caractéristiques structurales de cette marge transformante: zone étroite extrêmement déformée au sommet de la pente continentale, faisceaux décrochants dextres à l'intérieur et à la lim ite Nord de la ride marginale, bassins asymétriques localement repris en compression (plissement) dans le bassin ivoirien profond. Parallèlement, les structures associées à une marge transformante sont étud iées grâce à une modélisation expérimentale: dans un modèle analogue à une croûte continentale d'épaisseur. constante, le mouvement transformant est accommodé par une "zone principale de déplacement", zone de cisaillement dont la déformation est analysée en détail, y compris pour des déplacements importants. Par contre, à l'intersection de segments de marges transformant et en extension apparait une "terminaison en queue de cheval", formée de décrochements courbes qui structurent par transliition et rotation de blocs un relief analogue aux rides marginales des marges transformantes; ce relief est ultérieurement recoupée par une "zone principale de déplacement". De plus, et dans certaines conditions géométriques, des structures distensives antérieures peuvent être remobilisées en cisaillement à proximité du secteur transformant. La comparaison des résultats expérimentaux et des données marines permet l'interprétation de ces dernières dans le cadre d'une reconstitution de la formation de la marge transformante de Côte d'Ivoire-Ghana: lors du rifting dans le bassin ivoirien profond, des décrochements courbes apparaissent successivement à l'avant de la zone transformante: ils forment à la limite du bassin en extension une ''terminaison en queue de cheval" qui construit la ride de Côte d'Ivoire-Ghana, ainsi que les rides mineures qui la prolongent à l'Ouest Certaines structures distensives antérieures sont également remobilisées en cisaillement à proximité de cette terminaison. Ultérieurement, le mouvement coulissant est entièrement accommodé par une "zone principale de déplacement" déformant le sommet de la pente continentale et de la ride marginale.