Les récompenses possèdent plusieurs fonctions importantes, liées au plaisir, à la motivation et à l'apprentissage, qui façonnent notre comportement au quotidien. Il est aujourd'hui bien établi que ces fonctions sont prises en charge par un ensemble de régions cérébrales appelé " système de récompense ", dont la perturbation peut générer des comportements inadaptés tels que l'addiction. Néanmoins, toutes les récompenses ne sont pas équivalentes, et il n'y a pas lieu de penser que le cerveau répond de façon identique à chacune d'entre elles. Nous avons testé cette hypothèse à l'aide de l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf), en adoptant trois angles d'approche différents. Une première expérience s'est concentrée sur la distinction entre récompenses primaires (i.e. ancestrales et concrètes) et secondaires (i.e. évoluées et abstraites), étudiée ici à travers l'exemple des images érotiques et de l'argent. En plus d'un réseau cérébral activé en commun par ces récompenses, nos résultats ont montré une dissociation au sein du cortex orbitofrontal (OFC), recruté spécifiquement dans sa partie postérieure par les récompenses primaires, et spécifiquement dans sa partie antérieure par les récompenses secondaires. Ce résultat soutient l'idée générale d'un gradient de complexité croissante le long de l'axe postéro-antérieur de l'OFC. Dans la deuxième étude, nous avons comparé, au moyen d'une approche méta-analytique quantitative, les activités cérébrales rapportées dans la littérature en réponse à des gains monétaires, des goûts plaisants et des stimuli érotiques visuels. Les résultats obtenus étayent les conclusions de la première étude, et confirment parallèlement l'existence de réponses cérébrales spécifiques à chaque type de récompense. Enfin, dans la troisième étude, nous nous sommes intéressés au jeu pathologique, en formulant l'hypothèse d'un déséquilibre de la sensibilité aux récompenses monétaires versus non-monétaires. Les résultats obtenus confortent cette prédiction, en suggérant principalement une perturbation du traitement des récompenses non-monétaires dans le striatum ventral des joueurs. Dans l'ensemble, ces résultats apportent un éclairage nouveau sur l'architecture fonctionnelle du système de récompense, à la fois chez des individus sains et des individus joueurs pathologiques

Le présent mémoire introduit une nouvelle méthode de traitement des données IRMd permettant d’extraire des caractéristiques dans des endroits spécifiques du cerveau. Une méthode d’assurance qualité test-retest est également présentée et est appliquée à la nouvelle méthode de traitement dans le but d’assurer qu’elle extrait des résultats robustes. Enfin, cette méthode de traitement est appliquée à une base de données de patients atteints de la maladie de Parkinson et des différences significatives sont trouvées dans des régions spécifiques du cerveau où se connectent entre autres les régions motrices. Ces résultats concordent avec ceux d’autres études portant sur cette maladie.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le principe de la RMN repose sur la détection de l'aimantation provenant de spin des noyaux atomiques tels que 13C, 31P et 1H. L'échantillon est placé dans un champ magnétique statique, qui polarise l'ensemble des spins. Ces derniers sont ensuite excités par les impulsions radiofréquences (environ un mètre de longueur d'onde), qui font basculer l'aimantation de ces spins dans le plan transversal. Lorsque l'aimantation retourne à sa position d'équilibre, il génère un champ électromagnétique qui est classiquement détecté par une antenne réceptrice (bobine avec un circuit d'accord/d'adaptation) à couplage inductif. Dans ce travail, nous proposons l'utilisation d'une sonde de taille micrométrique placée au voisinage de l'objet d'intérêt, à une distance bien plus courte que la longueur d'onde du signal de RMN rayonné. Notre microsonde présente des caractéristiques innovantes (i) un couplage capacitif (composante du champ électrique), (ii) une dimension réduite pour un positionnement précis, qui assure la détection du signal de RMN de l'échantillon et (iii) une détection à large bande, ce qui permet de l'utiliser pour détecter différents noyaux sans être accordée à la fréquence de Larmor. Pour vous présenter cette nouvelle alternative, les outils nécessaires à la compréhension de ce travail, en l'occurrence le principe de la RMN et de l'IRM et une introduction de la théorie du champ proche électrique sont donnés. Nous avons fait aussi un état de l'art des méthodes et techniques existant pour mesurer le signal RMN afin de recenser les avantages qu'un tel système (méthode : couplage capacitif et dispositif : microsonde de champ proche) peut apporter à la technique RMN. Ensuite, nous avons caractérisé notre microsonde pour améliorer sa détection hyper localisée, nous avons démontré que le signal RMN récupéré par notre antenne peut être décrit par l'expression du champ proche électrique :E(x, z) = A(Kz ) exp(i(z/L)) exp(−x/L) + Terme Propagatif. Enfin, nous avons appliqué notre système à des études RMN comme la spectroscopie, la relaxométrie ou encore de l'imagerie RMN. Nous avons aussi énoncé certains projets potentiels à la continuité de ce travail. / The principle of NMR is based on the detection of the magnetization originating from the spin of atomic nuclei such as 13C, 31P and 1H. The sample is placed in a static magnetic field, which polarizes the ensemble of spins and it is excited by radiofrequency pulses (wavelength about one meter), that tilt the axis of the magnetization. When the magnetization returns to equilibrium, it generates an electromagnetic field which is classically detected by a receiving antenna (coil with atuning/matching circuit) in inductive coupling.In this work, we propose the use of a micrometer-sized probe positioned in the vicinity of the object of interest, at a distance well shorter than the wavelength of the radiated NMR signal.Our microprobe presents innovative characteristics (i) a capacitive coupling (electric field component), (ii) reduced dimensions for an accurate positioning, which ensure the detection of NMR signal from the sample and (iii) it has a broadband, which allows use to detect any nuclei without being tuned to the Larmor frequency.To introduce you this new alternative, the tools necessary to the understanding of this work, in this case the principle of NMR/MRI and an introduction of the theory of the electric near field are given initially.We made also a state of the art of existing methods and techniques for measuring the NMR signal to identify the benefits that such a system (method : capacitive coupling and device : microprobe near field) can bring to the NMR technique.Then, we have characterized our microprobe to enhance its localized detection due to its small size (127 μm in diameter and 2mm in length). In this stage of characterization, we demonstrated that the NMR signal recovered by our antenna can be described by the electric near field expression :E(x, z) = A(Kz ) exp(i(z/L)) exp(−x/L) +Propagative TermFinally, we applied our system to make NMR studies such as spectroscopy, the relaxometry and NMR Imaging. We have outlined some potential projects to the continuity of this work.

Pour caractériser la mobilité moléculaire au sein de structures complexes, la relaxométrie RMN consiste à déterminer les temps de relaxation dans une gamme de fréquence aussi large que possible et notamment à très basse fréquence où se manifestent les mouvements lents. L'évolution de la vitesse de relaxation longitudinale R1 (qui correspond à l'inverse du temps de relaxation longitudinale T1) en fonction de la fréquence de mesure conduit à ce que l'on appelle une courbe de dispersion. Les travaux présentés dans cette thèse sont entièrement dédiés à cette technique que nous avons décidé d'appliquer à l'étude de fluides introduits à l'intérieur de milieux poreux et ceci constitue une première au laboratoire. Les systèmes ayant servi de support à cette étude sont de nature très différente puisqu'ils concernent 1) des matériaux mésoporeux silicatés qui ont été hydratés dans le but d'étudier le comportement des molécules d'eau introduites à l'intérieur du matériau et 2) des organogels formés dans le toluène pour lesquels nous avons mené une étude du comportement dynamique du solvant à l'issue du processus de gélification. Pour caractériser au mieux la dynamique des fluides à l'intérieur de ces systèmes, des méthodes expérimentales originales, nécessitant l'utilisation de plusieurs instruments, ont été développées, permettant ainsi d'obtenir des courbes de dispersion allant de 0 à 400 MHz. Grâce à des développements méthodologiques et théoriques, nous avons été capables d'identifier les différents mécanismes de relaxation à l'origine de ces courbes de dispersion et de donner une signification physique aux paramètres issus de cette interprétation / In order to characterize molecular mobility within complex structures, NMR relaxometry aims at the determination of relaxation times in a frequency range as large as possible and in particular at very low frequencies where slow motions can be revealed. The evolution of the longitudinal relaxation rate R1 (which corresponds to the inverse of the longitudinal relaxation time T1) as a function of the measurement frequency leads to so-called dispersion curves. The work presented in this thesis is, for the first time in this laboratory, entirely dedicated to this technique, applied to the study of fluids within porous media. The systems investigated are very different; they include 1) hydrated mesoporous materials for which different states of water molecules were distinguished and 2) organogels formed in toluene, the dynamical behavior of which being studied subsequently to the gelation process. Original experimental methods, involving the use of several instruments, were developed, allowing us to obtain dispersion curves between 0 and 400 MHz. Thanks to methodological and theoretical developments, we were able to identify the different relaxation mechanisms and able to give a physical meaning to the parameters resulting from the fitting of dispersion curves

Ce mémoire présente une nouvelle application web permettant de visualiser et d'interagir avec des données d'imagerie médicale provenant principalement de l'imagerie par résonance magnétique de diffusion, une technique non-invasive permettant d'explorer la matière blanche du cerveau. Dans le premier chapitre, un historique de la diffusion, l'explication de divers concept importants du domaine ainsi qu'un survol des méthodes de visualisation seront présentés. Le deuxième chapitre présentera le web, et plus précisément la technologie qui a rendu possible l'existence du Fiberweb : WebGL. Des choix de design du Fiberweb seront également abordés. Le troisième chapitre est la contribution principale de ce mémoire. Il consiste en un article présentant le Fiberweb, ses fonctionnalités et également une nouvelle technique de tractographie en temps réel probabiliste. Finalement, les diverses problématiques non-résolues liées à notre application, ses utilisations potentielles et ses perspectives futures seront discutées.

L'objectif de ces travaux a été de mettre en pratique l'utilisation de nanoparticules multimodales (NPs) à base de lanthanides pour l'imagerie biomédicale en général et le suivi de cellules mésenchymateuses (MSCs) en particulier. Dans cette optique, deux types de NPs ont été utilisées, présentant toutes deux une matrice d'oxysulfure de gadolinium (Gd2O2S) permettant l'imagerie par résonnance magnétique (IRM) et la tomodensitométrie. L'ajout d'éléments dopants apporte des propriétés de fluorescence : l'europium (Gd2O2S :Eu3+), plus adapté à un examen in vitro et le couple ytterbium/thulium (Gd2O2S :Yb3+/Tm3+) à un examen in vivo grâce au phénomène de conversion ascendante de photons (up-conversion). Nous avons, dans un premier temps, démontré la possibilité de visualiser ces NPs au cours du temps au sein d'un organisme vivant par des méthodes complémentaires (IRM et fluorescence). L'étude complète de leur distribution et des voies d'élimination nous a permis de mettre en évidence une métabolisation hépatobiliaire associée à une lente excrétion dans les fèces. Le marquage d'un grand nombre de types cellulaires (lignées et cellules primaires d'espèces différentes) a également mis en avant leur potentiel en tant que traceur cellulaire universel. Nous avons par la suite concentré nos travaux sur le suivi de cellules mésenchymateuses dans un contexte de thérapie cellulaire. La biocompatibilité cellulaire à court, moyen et long terme a été validée par une série d'analyses (MTT, rouge neutre, wound healing, différenciation) et la fiabilité du traceur a été confirmée par l'étude approfondie du marquage cellulaire. Enfin, après mise au point d'un système personnalisé dédié à l'imagerie par up-conversion chez le petit animal, nous avons pu réaliser le suivi de ces cellules marquées, au cours du temps après injection dans un organe solide. Nous avons alors été en mesure de visualiser les MSCs par imagerie multimodale : IRM ; tomodensitométrie et fluorescence par up-conversion. L'ensemble de ces résultats met en avant le potentiel de ces nanoparticules pour l'imagerie à long terme dans des études précliniques et/ou cliniques. / The objective of these works was to put into practice the use of lanthanide-based multimodal nanoparticles (NPs) for biomedical imaging in general and mesenchymal cells (MSCs) tracking in particular. To that purpose, two types of NPs have been used, both presenting a gadolinium oxysulfide (Gd2O2S) matrix allowing magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography. The addition of dopant elements brings fluorescence properties: europium (Gd2O2S :Eu3+) is more appropriate for an in vitro examination whereas the combination ytterbium/thulium (Gd2O2S :Yb3+/Tm3+) is more appropriate for an in vivo examination through the up-conversion process. First, we have demonstrated the possibility of visualizing those NPs over-time in a living organism with complementary methods (MRI and fluorescence). The complete study of their biodistribution and ways of elimination allowed us to highlight a hepatobiliary metabolization associated with a slow feces excretion. The labeling of a wide variety of cell types (lines and primary cells from different species) has also pointed out their potential as a universal cell tracer. Thereafter, we focused our research on mesenchymal cells tracking in a cell therapy context. Short, medium and long term biocompatibility was validated via a series of analyses (MTT, neutral red, wound healing and differentiation) and the reliability of the tracer was confirmed by detailed study of the cell labeling. Finally, after developing a custom-made system dedicated to up-conversion imaging in small animals, we were able to perform over-time tracking of those labeled cells after injection in a solid organ. We achieved multimodal imaging of the MSCs with MRI, computed tomography and up-conversion. Altogether, these results underline the potential of these nanoparticles for long term imaging in preclinical and/or clinical studies.

La méthode de localisation de source qui permet d’identifier anatomiquement les générateurs de l’activité électrique cérébrale reste encore actuelle difficile à mettre en place et à utiliser en routine clinique. Une des étapes de cette méthode consiste à repérer spatialement les électrodes EEG positionnées sur le cuir chevelu. Ce travail de Doctorat a consisté à mettre au point de nouveaux capteurs EEG compatibles et repérables en IRM et à automatiser ce processus pour le rendre plus fiable et plus facile d’utilisation. Pour ce faire, nous avons développé et breveté de nouveaux capteurs de signaux électrophysiologiques et nous avons implémenté un algorithme informatique de détection et de labellisation automatique en IRM. Ces dispositifs ont été testés cliniquement chez des sujets sains et des patients épileptiques en comparaison avec la numérisation électromagnétique qui est la technique de référence. Nous avons montré dans un premier temps, l’efficacité de notre méthode du point de vue de la précision, de la reproductibilité et des performances. Nous avons montré ensuite que notre méthode n’engendrait pas d’erreurs de localisation anatomique des générateurs électroneurophysiologiques (PES, PEV, EPIC). Ces études cliniques ont été validées par des enregistrements d’IRM fonctionnelle et par une comparaison avec les données de la littérature. Enfin, nous avons développé un outil de projection de la position des capteurs de surface sur le cortex de façon à identifier les structures anatomiques et aires de Brodmann associées aux capteurs EEG du système international 10/10. Notre méthode de détection et de labellisation automatique des capteurs EEG grâce à l’IRM (ALLES) permet donc de limiter l’intervention humaine et de simplifier la méthode de localisation de source puisque seuls les examens d’EEG et d’IRM deviennent nécessaires. / Spatial localization of scalp EEG electrodes is a major step in dipole source localization and it must be accurate, reproducible and practical. Several methods have been proposed in the last fifteen years. The most widely used method is currently electromagnetic digitization. In this work, we introduce a new automatic method for localizing and labeling EEG sensors using MRI (ALLES). First, we designed a new scalp EEG sensor which is MR compatible and localizable. Secondly, we validated this new technique on a head phantom and then in a clinical environment with normal volunteers and epileptic patients. To do this, we compare the reproducibility, accuracy and performances of our method with electromagnetic digitization. We also demonstrate that our method provides better reproducibility with a significant difference (p < 0.01). Concerning accuracy, both methods are equally accurate with no statistical differences. We have tested our method both on normal volunteers (SEP and VEP studies) and epileptic patients (Spikes studies). Source localizations were not influenced by ALLES and we observe results consistent with the literature. Finally, we develop a method which projects the surface positions of the sensors (10-10 system) onto the cortex. This tool is helpful for visual inspection of high resolution EEG traces and for electroclinical diagnostic. To conclude, automation makes our method (ALLES) very reproducible and easy to handle in a routine clinical environment. It offers the possibility of using MRI volume for both source localization and spatial localization of EEG sensors.