Th.--Pharm.--Paris 5, 1984. N°: 95.

Th.--Pharm.--Paris 5, 1982. N°: 68.

Th. 3e cycle--Pharmacodyn.--Paris 5, 1980. N°: 11.

L’hippocampe joue un rôle central dans la navigation spatiale, la mémoire et l’organisation spatio-temporelle des souvenirs. Ces fonctions sont maintenues par la capacité du gyrus denté (GD) de séparation des patrons d'activité neuronales. Le GD est situé à l’entrée de la formation hippocampique où il reconnaît la présence de nouveaux motifs parmi la densité de signaux afférant arrivant par la voie entorhinale (voie perforante). Le codage parcimonieux est la marque distinctive du GD. Ce type de codage est le résultat de la faible excitabilité intrinsèque des cellules granulaires (CGs) en combinaison avec une inhibition locale prédominante. En particulier, l’inhibition de type « feedforward » ou circuit inhibiteur antérograde, est engagée par la voie perforante en même temps que les CGs. Ainsi les interneurones du circuit antérograde fournissent des signaux GABAergique aux CGs de manière presque simultanée qu’elles reçoivent les signaux glutamatergiques. Cette thèse est centrée sur l’étude des interactions entre ces signaux excitateurs de la voie entorhinale et les signaux inhibiteurs provenant des interneurones résidant dans le GD et ceci dans le contexte du codage parcimonieux et le patron de décharge en rafale caractéristique des cellules granulaires. Nous avons adressé les relations entre les projections entorhinales et le réseau inhibitoire antérograde du GD en faisant des enregistrements électrophysiologiques des CG pendant que la voie perforante est stimulée de manière électrique ou optogénétique. Nous avons découvert un nouvel mécanisme d’inhibition qui apparait à délais dans les CGs suite à une stimulation dans les fréquences gamma. Ce mécanisme induit une hyperpolarisation de longue durée (HLD) et d’une amplitude prononce. Cette longue hyperpolarisation est particulièrement prolongée et dépasse la durée d’autres types d’inhibition transitoire lente décrits chez les CGs. L’induction de HLD crée une fenêtre temporaire de faible excitabilité suite à laquelle le patron de décharge des CGs et l’intégration d’autres signaux excitateurs sont altérés de manière transitoire. Nous avons donc conclu que l’activité inhibitrice antérograde joue un rôle central dans les processus de codage dans le GD. Cependant, alors qu’il existe une multitude d’études décrivant les interneurones qui font partie de ce circuit inhibiteur, la question de comment ces cellules sont recrutées par la voie entorhinale reste quelque peu explorée. Pour apprendre plus à ce sujet, nous avons enregistré des interneurones résidant iii dans la couche moléculaire du GD tout en stimulant la voie perforante de manière optogénétique. Cette méthode de stimulation nous a permis d’induire la libération de glutamate endogène des terminales entorhinales et ainsi d’observer le recrutement purement synaptique d’interneurones. De manière surprenante, les résultats de cette expérience démontrent un faible taux d’activation des interneurones, accompagné d’un tout aussi faible nombre total de potentiels d’action émis en réponse à la stimulation même à haute fréquence. Ce constat semble contre-intuitif étant donné qu’en générale on assume qu’une forte activité inhibitrice est requise pour le maintien du codage parcimonieux. Tout de même, l’analyse des patrons de décharge des interneurones qui ont été activés a fait ressortir la prééminence de trois grands types: décharge précoce, retardée ou régulière par rapport le début des pulses lumineux. Les résultats obtenus durant cette thèse mettent la lumière sur l’important conséquences fonctionnelles des interactions synaptique et polysynaptique de nature transitoire dans les réseaux neuronaux. Nous aimerions aussi souligner l’effet prononcé de l’inhibition à court terme du type prolongée sur l’excitabilité des neurones et leurs capacités d’émettre des potentiels d’action. De plus que cet effet est encore plus prononcé dans le cas de HLD dont la durée dépasse souvent la seconde et altère l’intégration d’autres signaux arrivants simultanément. Donc on croit que les effets de HLD se traduisent au niveau du réseaux neuronal du GD comme une composante cruciale pour le codage parcimonieux. En effet, ce type de codage semble être la marque distinctive de cette région étant donné que nous avons aussi observé un faible niveau d’activation chez les interneurones. Cependant, le manque d’activité accrue du réseau inhibiteur antérograde peut être compensé par le maintien d’un gradient GABAergique constant à travers le GD via l’alternance des trois modes de décharges des interneurones. En conclusion, il semble que le codage parcimonieux dans le GD peut être préservé même en absence d’activité soutenue du réseau inhibiteur antérograde et ceci grâce à des mécanismes alternatives d’inhibition prolongée à court terme. / The hippocampus is implicated in spatial navigation, the generation and recall of memories, as well as their spatio-temporal organization. These functions are supported by the processes of pattern separation that occurs in the dentate gyrus (DG). Situated at the entry of the hippocampal formation, the DG is well placed to detect and sort novelty patterns amongst the high-density excitatory signals that arrive via the entorhinal cortex (EC). A hallmark of the DG is sparse encoding that is enabled by a combination of low intrinsic excitability of the principal cells and local inhibition. Feedforward inhibition (FFI) is recruited directly by the EC and simultaneously with the granule cells (GCs). Therefore, FFI provides fast GABA release and shapes input integration at the millisecond time scale. This thesis aimed to investigate the interplay of entorhinal excitatory signals with GCs and interneurons, from the FFI in the DG, in the framework of sparse encoding and GC’s characteristic burst firing. We addressed the long-range excitation – local inhibitory network interactions using electrophysiological recordings of GCs – while applying an electrical or optogenetic stimulation of the perforant path (PP) in the DG. We discovered and described a novel delayed-onset inhibitory post synaptic potential (IPSP) in GCs, following PP stimulation in the gamma frequency range. Most importantly, the IPSP was characterized by a large amplitude and prolonged decay, outlasting previously described slow inhibitory events in GCs. The long-lasting hyperpolarization (LLH) caused by the slow IPSPs generates a low excitability time window, alters the GCs firing pattern, and interferes with other stimuli that arrive simultaneously. FFI is therefore a key player in the computational processes that occurs in the DG. However, while many studies have been dedicated to the description of the various types of the interneurons from the FFI, the question of how these cells are synaptically recruited by the EC remains not entirely elucidated. We tackled this problem by recording from interneurons in the DG molecular layer during PP-specific optogenetic stimulation. Light-driven activation of the EC terminals enabled a purely synaptic recruitment of interneurons via endogenous glutamate release. We found that this method of stimulation recruits only a subset of interneurons. In addition, the total number of action potentials (AP) was surprisingly low even at high frequency stimulation. This result is counterintuitive, as strong and persistent inhibitory signals are assumed to restrict GC v activation and maintain sparseness. However, amongst the early firing interneurons, late and regular spiking patterns were clearly distinguishable. Interestingly, some interneurons expressed LLH similar to the GCs, arguing that it could be a commonly used mechanism for regulation of excitability across the hippocampal network. In summary, we show that slow inhibition can result in a prolonged hyperpolarization that significantly alters concurrent input’s integration. We believe that these interactions contribute to important computational processes such as sparse encoding. Interestingly, sparseness seems to be the hallmark of the DG, as we observed a rather low activation of the interneuron network as well. However, the alternating firing of ML-INs could compensate the lack of persistent activity by the continuous GABA release across the DG. Taken together these results offer an insight into a mechanism of feedforward inhibition serving as a sparse neural code generator in the DG.

Des études transversales récentes ont révélé qu’une fonction cardiorespiratoire (FCR) élevée était associée à une détérioration de l’autorégulation cérébrale dynamique (ACd); capacité intrinsèque des vaisseaux cérébraux à moduler leur résistance en réponse à des changements rapides et abrupts de la pression sanguine afin de maintenir le débit sanguin cérébral (DSC). Jusqu’à présent, peu d’études ont observé les effets longitudinaux de l’entraînement sur le DSC et l’ACd. Celles qui l’ont fait, ont étudié des sédentaires jeunes et âgés ou ayant des conditions cliniques qui ont eu des effets bénéfiques sur la santé cardiorespiratoire et cérébrovasculaire suite à l’entraînement. Cependant, l’étendue possible de l’amélioration de la FCR chez des individus déjà entraînés en endurance est inconnue. Pour améliorer leur FCR, ils ont souvent recours aux entraînements par intervalles à haute intensité soit infra-maximal ou supra-maximal. Par contre, l’influence de l’intensité des entraînements sur le DSC ou sur l’ACd n’a jamais été étudiée. La présente étude a caractérisé l’hémodynamie cérébrale de repos ainsi que l’ACd en réponse à des oscillations forcées de la pression sanguine induites par des manoeuvres de squats répétés, suite à 6 semaines de HIIT chez des hommes entraînés en endurance. Nous avons aussi examiné si les changements potentiels seraient dépendants de l’intensité de l’entraînement. Nos résultats indiquent qu’indépendamment de l’intensité, le DSC de repos demeure inchangé suite à l’entraînement malgré une amélioration significative de la FCR. De plus, les vaisseaux cérébraux d’hommes entraînés en endurance maintiennent leur capacité à tamponner les oscillations lentes et abruptes de la pression artérielle forcées à 0,05 Hz. Par contre, lorsque les oscillations sont forcées à un rythme plus rapide, 0,10 Hz, la phase est diminuée tel qu’estimé par l’analyse de la fonction de transfert. Ces résultats suggèrent que 6 semaines de HIIT sont bénéfiques pour la FCR mais détériorent l’ACd d’hommes entraînés en endurance. / Recent cross-sectional evidence revealed that an elevated cardiorespiratory fitness (CRF) is associated with an impaired dynamic cerebral autoregulation (dCA); ability of the cerebrovasculature to alter its resistance in response to abrupt and rapid changes in blood pressure to maintain cerebral blood flow (CBF). Very few studies have attempted to assess longitudinally how resting CBF and dCA react to training. The ones that did, observed that sedentary young and elderly or clinical populations had beneficial effects of training on cardiorespiratory and cerebrovascular health. The extend at which improving CRF in already cardiofit individuals remains unknown. When seeking CRF improvement, they often resort to high-intensity interval training (HIIT) either submaximal or supramaximal. The literature related to the influence of intensity training per se on the cerebral hemodynamics is limited. The present study characterized CBF at rest and dCA using forced oscillations of blood pressure induced by the repeated squat-stand maneuver following 6 weeks of HIIT in endurance-trained men. We also examined if the potential changes would be intensity-dependant. Our results indicate that independently of intensity, CBF at rest remained unchanged following training even in the face of a significantly improved CRF. Furthermore, the cerebrovasculature of endurance-trained men retained the ability to counteract slow and abrupt changes during forced oscillations of BP at 0.05 Hz. However, when the forced oscillations are more rapid, at 0.10 Hz, there is a decrease in phase shift as estimated by transfer function analysis. Taken together, HIIT training over a period of 6 week is beneficial for CRF but deteriorates dCA of endurance-trained me.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le vieillissement cérébral entraine certaines modifications physiologiques. Lorsque ces changements neurodégénératifs surpassent ou diffèrent de ceux attendus pour l'âge, ils sont souvent accompagnés de manifestations cliniques. On parle alors d'étiologies comme la maladie d'Alzheimer (MA) et la démence vasculaire, causes les plus communes de troubles cognitifs associés au vieillissement, et dont la prévalence augmente avec le vieillissement de la population. Le seuil pathologique entrainant ces maladies est toutefois incertain. Il s'avère donc essentiel d'identifier des biomarqueurs capables de détecter précocement les individus à risque de les développer. De par sa précision, son absence de radiations, et sa disponibilité, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une modalité de choix pour répondre à ce besoin. L'objectif général de cette thèse est de procéder à la caractérisation radio-histologique du vieillissement cérébral normal et pathologique afin d'en identifier les premiers signes grâce à l'IRM cérébrale in vivo. Ce travail doctoral s'articule autour de deux objectifs plus spécifiques. Le premier est dédié à l'identification de la pathologie associée à la MA à partir de l'IRM cérébrale. Le Chapitre 1 vise d'abord à établir les trouvailles à l'IRM cérébrale pré-mortem et leur corrélat histologique post-mortem dans la MA et ses principales comorbidités. Le Chapitre 2 évalue la performance d'un modèle prédictif de la dégénérescence neurofibrillaire à partir des mesures volumétriques à l'IRM cérébrale. En second, on s'intéresse aux changements cérébrovasculaires qui jouent un rôle important dans le développement des démences, dont la MA. Le Chapitre 3 examine ainsi les lésions histologiques cérébrovasculaires chez les sujets adultes normaux afin de mieux caractériser les changements attendus en fonction de l'âge. Finalement, le Chapitre 4 s'attarde à l'étude des facteurs cliniques prédicteurs du stade pathologique de la maladie cérébrale des petits vaisseaux amyloïde et non-amyloïde, deux entités communes associées au vieillissement et au développement de troubles cognitifs. En sommes, cette thèse contribue à une meilleure définition radio-histologique des lésions cérébrales associées au vieillissement avec une attention particulière portée aux formes communes de démences. Une compréhension bonifiée des mécanismes physiopathologiques à l'origine des troubles cognitifs et une identification précoce des lésions caractéristiques grâce à l'imagerie cérébrale sont des étapes nécessaires à une prise en charge optimale et au développement de thérapies ciblées visant à atténuer le fardeau associé à ces maladies dévastatrices. / Brain aging is characterized by various physiological alterations. When these neurodegenerative changes exceed or differ from those normally expected for age, they are often accompanied by clinical manifestations. One talks then of conditions such as Alzheimer's disease (AD) and vascular dementia, the two most common aetiologies of age-related cognitive impairment, and whose prevalence increases as the population ages. However, the pathological threshold for developing these diseases remains uncertain. It is therefore essential to identify biomarkers capable of detecting individuals at risk of developing cognitive disorders early in the disease process. Magnetic resonance imaging (MRI), because of its accuracy, safety and relatively wide availability, seems to be an ideal modality to meet this need. Thus, the main objective of this thesis is to provide radio-histological characterization of normal and pathological brain aging in order to identify signs of decline using in vivo brain MRI. This doctoral work is articulated around two more specific objectives. The first one is dedicated to the identification of AD-related pathology from brain MRI. The article in Chapter 1 aims to establish pre-mortem brain MRI findings and their post-mortem histological correlates in AD and related comorbidities. The second article in Chapter 2 evaluates the performance of a predictive model for neurofibrillary degeneration based on brain MRI metrics. The second part of this thesis focuses on cerebrovascular changes that play an important role in the development of dementias, including AD. The third paper in Chapter 3 therefore examines cerebrovascular histological lesions in normal adults in order to better characterize the expected age-dependent changes. Finally, the fourth article in Chapter 4 examines clinical predictors of pathological amyloid and non-amyloid cerebral small vessel disease, two common entities associated with aging and cognitive decline. Altogether, the results from this thesis contribute to a better radio-histological definition of brain lesions associated with aging in pathological and non-pathological states, with a particular focus on the common forms of dementia, i.e. AD and vascular dementia. A better understanding of pathophysiological mechanisms underlying cognitive disorders and early identification of characteristic lesions are mandatory to warrant optimal management and development of targeted therapies with the ultimate goal to reduce the global burden associated with these devastating diseases.

Texte remanié de: Thèse de doctorat--Philosophie--Lille 3, 2000. / En appendice, choix de documents. Bibliogr. p. 353-375. Index.

Thèse (M.Ps.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 29-32. Publié aussi en version électronique.

Th. 3e cycle--Biol. humaine et exp.--Paris 5, 1981. N°: 24.

Les traumatismes craniocérébraux constituent une cause importante de mortalité et de morbidité à travers le monde, et représentent un fardeau socioéconomique important dans les pays développés en raison de l'incapacité résiduelle post-traumatique dont souffrent les patients après leur traumatisme. Malgré la fréquence élevée d'issues cliniques défavorables à long terme, il existe actuellement peu d'indicateurs pronostiques permettant de guider le clinicien dans la prise en charge aiguë de ces patients et de conseiller leurs familles et proches. Plus de quatre décennies d'études observationnelles ont examiné l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique effectuée en phase aiguë dans son rôle potentiel à distinguer rapidement l'issue clinique post-traumatisme à long terme chez ces patients. Le présent travail vise donc à déterminer la valeur pronostique de l'imagerie par résonance magnétique effectuée en phase aiguë de traitement suite à un traumatisme craniocérébral modéré ou grave chez l'adulte, en utilisant une méthodologie de revue systématique et méta-analyse pronostique, afin d'identifier toutes les études évaluant la relation entre les modèles de lésions identifiés par résonance magnétique et l'issue clinique à long terme. Nos travaux ont identifié 58 études individuelles. Après méta-analyse, les lésions localisées dans le tronc cérébral se sont révélées être associées à une mortalité augmentée (toutes causes confondues) et une issue neurologique défavorable alors que les lésions compatibles avec une lésion axonale diffuse ont été associées à une augmentation du risque d'issue neurologique défavorable. Deux échelles de classement basées sur la gravité de la lésion ont été associées à des issues neurologiques de plus en plus défavorables au fur et à mesure de l'augmentation du nombre de structures cérébrales caudales touchées, confirmant ainsi l'importance des lésions profondes. Ces résultats démontrent l'utilité pronostique de l'imagerie par résonance magnétique effectuée rapidement après un traumatisme craniocérébral et indiquent la nécessité d'entreprendre des études pronostiques de cohorte de haute qualité et bien contrôlées, en raison du risque élevé de biais dans la littérature actuelle. / Traumatic brain injury is a major cause of mortality and morbidity worldwide and represents a significant socioeconomic burden in developed nations due to residual post-trauma disability among survivors. Despite high rates of long-term unfavourable outcome, few prognostic indicators currently exist to guide early clinical management and counsel family and friends of patients. Over four decades of observational studies have examined the potential role of early magnetic resonance imaging of the brain to distinguish long-term clinical outcome by examining lesion patterns identifiable soon after trauma. This present work thus aims to determine the prognostic value of early magnetic resonance imaging following moderate or severe traumatic brain injury in adults by employing prognostic systematic review and meta-analysis methodology to identify all published studies assessing the relationship between magnetic resonance lesion patterns and long-term clinical outcome. Our search identified 58 individual studies; following meta-analysis, lesions located in the brainstem were associated with all-cause mortality and unfavourable neurological outcome while shear injury patterns compatible with diffuse axonal injury anywhere in the brain were associated with increased risk of unfavourable neurological outcome. Two scoring systems based on lesion depth were associated with progressively worse neurological outcomes as more caudal cerebral structures were affected, confirming the importance of deep lesions. These findings demonstrate the prognostic utility of magnetic resonance imaging early following traumatic brain injury and indicate the need for high quality, well-controlled, prognostic cohort studies given the elevated risk of bias in the current body of literature.