Malgré des traitements spécialisés et multidisciplinaires, les personnes souffrant du syndrome douloureux régional complexe (SDRC) peuvent conserver de la douleur et des limitations fonctionnelles qui s'expliqueraient par des changements cérébraux persistants, entre autres dans le cortex moteur primaire (M1). Étudier les changements de fonctionnement du M1 permettrait de mieux comprendre comment utiliser la neurostimulation non invasive, comme les stimulations magnétiques répétées en périphérie (rPMS des muscles, connues pour influencer la plasticité cérébrale), pour normaliser la fonction motrice corticale, réduire la douleur et augmenter les gains cliniques. Les objectifs de ce projet de maîtrise étaient donc de mieux comprendre la place dans la littérature de la neurostimulation non invasive en SDRC, de tester le fonctionnement de M1 en parallèle à la fonction sensorimotrice d'adultes avec SDRC au membre supérieur, ainsi que de mesurer l'effet d'une séance rPMS sur ces mesures et les symptômes de douleur de cette même population. Il a été observé que, indépendamment du côté atteint, l'excitabilité du M1 était asymétrique en SDRC avec une association avec la douleur et les troubles du mouvement. Les participants avec SDRC présentaient également une diminution et une latéralisation altérée des mesures de fonction sensorimotrice. Les rPMS ont permis de moduler bilatéralement l'excitabilité des M1 (diminution du débalancement) et, chez les personnes présentant avant la séance rPMS une hyperexcitabilité du M1 controlatéral au membre atteint, de diminuer leur douleur. Les rPMS ont également permis une amélioration de la fonction sensorimotrice et des changements centraux reliés à la plasticité cérébrale ont été mesurés dans l'hémisphère ipsilatéral au membre avec SDRC. Les rPMS seules ou comme adjuvant aux thérapies conventionnelles de réadaptation représentent donc une approche prometteuse pour dépasser les gains cliniques en SDRC. / Despite specialized and multidisciplinary treatments, people suffering from complex regional pain syndrome (CRPS) can present with persistent pain and functional limitations likely due to brain changes such as in the primary motor cortex (M1). Studying the changes of M1 functioning would permit to better understand how to use noninvasive neurostimulation, as repetitive peripheral magnetic stimulation (rPMS of muscles, known to influence brain plasticity) in CRPS to enable the normalization of cortical motor function, the reduction of pain and to go beyond gains already reached. The objectives of this master's project were thus to better understand the place in the literature of the noninvasive neurostimulation in SDRC, to test the functioning of M1 concurrent with the sensorimotor function of adults with CRPS of the upper limb, and to measure the effect of one rPMS session on these measures and pain symptoms of this same population. It has been measured that M1 excitability was asymmetrical in CRPS, regardless of the impaired side, with an association to pain and movement disorders. Participants with CRPS also exhibited a decreased and an altered lateralization of the measures of sensorimotor function. rPMS influenced bilateral M1 excitability (decrease of the imbalance) and, with people presenting before the rPMS session hyperactivity of M1 contralateral to the impaired limb, reduced pain. rPMS also improved sensorimotor function and central changes related to brain plasticity were measured in the hemisphere ipsilateral to the CRPS limb. rPMS alone or as adjuvant to conventional rehabilitation therapies thus represent a promising approach to overcome clinical gains in CRPS.

Dans une 1ère partie, nous présentons l’évolution des méthodes utilisées pour décrire l’anatomie corticale, et lui appliquer des systèmes de coordonnées. Dans une 2ème partie, nous commentons la méthode de parcellisation automatique du cortex cérébral humain que nous avons publiée, en la replaçant au sein d’autres techniques disponibles. Elle utilise une approche bayesienne pour produire une parcellisation prenant en compte une base de donnée constituée de 12 cerveaux, mais aussi les caractéristiques de la surface corticale et la localisation des classes anatomiques voisines. Enfin, dans une 3ème partie, nous commentons les règles qui ont prévalu à l’établissement d’une parcellisation surfacique sulco-gyrale originale. Cette parcellisation en 74 classes anatomiques par hémisphère est utilisable par la méthode de parcellisation automatique tout en restant proche des conventions usuelles de la communauté de neuroimagerie. Elle nous permet de proposer un certain nombre d’améliorations de la Terminologia Anatomica. Le logiciel et la base de données sont disponibles avec le paquet FreeSurfer sur http : //surfer.nmr.mgh.harvard.edu/ / We first present different methods used to describe the anatomy of the human cerebral cortex, and various coordinates systems. Then we comment the method we published for a fully automated parcellation of the cortical surface. It is described among various other techniques developed for the same purpose. Our method uses a bayesian approach to include several pieces of information in the labeling process : manual parcellation of 12 cortical surfaces, but also shape of the surface and anatomical classes of neighboring vertices. Finally, we comment the anatomical rules we proposed to parcellate the cortical surface in 74 anatomical classes per hemisphere. This parcellation can be used by the automated method we published, but also remains close enough to the anatomical conventions used in the neuroimaging field. We propose several improvements of the Terminologia Anatomica The software and the database are available and included in the FreeSurfer package (http : //surfer.nmr.mgh.harvard.edu/).

Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La polymicrogyrie est un type de malformation corticale dans laquelle on retrouve un excès de gyrations et une surface corticale irrégulière. La polymicrogyrie peut être provoquée par des causes environnementales ou génétiques. C'est ces dernières auxquelles nous nous sommes intéressés et que nous avons étudié afin d'approfondir nos connaissances sur les bases génétiques de la polymicrogyrie. Nous traitons trois projets qui se situent à trois niveaux de recherche différents : étude d'un gène dont la pathogénicité est établie pour le premier, étude de gènes candidats pour le deuxième et recherche de nouveaux gènes candidats pour le troisième. Dans le premier projet, nous avons réussi à prouver l'implication du gène NHEJ1 dans le développement du cortex cérébral. Nous avons montré, grâce à l'ARN interférence in utero que la dérégulation de Nhej1 chez le rat perturbe la migration neuronale, déclenche un phénomène de mort neuronale massive et désorganise les couches corticales. Dans le deuxième projet, après une étude par hybridation génomique comparative sur puce d'ADN, nous avons identifié une duplication dans la région 1p36 chez un patient présentant une polymicrogyrie bilatérale. Nous avons montré que cette duplication casse le gène ENO1 et diminue son expression. L'expression spatio-temporelle d'ENO1 est en accord avec un rôle de celui-ci pendant le développement cérébral. Nous avons également montré que la diminution de l'expression du gène Eno1 perturbe la migration neuronale radiale. / Polymicrogyria is a cortical malformation characterized by excessive gyration and an irregular cortex surface. Environmental and genetic causes can be responsible for this disorder. Our principal aim was to better understand the genetic basis of polymicrogyria. Three projects were conducted. The first focused on the NHEJ1 gene. Using RNA interference and in utero electroporation, we showed that deregulation of NHEJ1 disrupts neuronal migration, triggers massive neuronal cell death and disorganizes the cortical layers. In the second project, we identified by comparative genomic hybridization microarray, a duplication in the 1p36 region in a patient with bilateral polymicrogyria. We have shown that this duplication breaks the ENO1 gene and reduces its expression. The spatio-temporal expression of ENO1 and the fact that its deregulation disrupts neuronal migration indicates that ENO1 is a good candidate gene for cortical development. Finally, in the third project, we identified by exome sequencing of familial cases of bilateral polymicrogyria, one coding variation in the GABRA3 gene. Our work allowed us to generate new knowledge for several candidate genes for polymicrogyria.

L’espèce humaine a développé des fonctions cognitives et des capacités d’interactions sociales très élaborées. La structure la plus importante pour ces fonctions est le néocortex. Une de ses caractéristiques majeures est qu’il a subi une forte expansion et un changement significatif de structure et de fonction durant l’évolution. Les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents à cette évolution restent peu connus. Un des éléments clefs semble être la modification de programmes neurodéveloppementaux spécifiques, en particulier au cours de la vie embryonnaire.<p>Durant ce projet, nous avons identifié et caractérisé de nouveaux gènes potentiellement impliqués dans le développement et l’évolution du cortex cérébral humain, par l’analyse du transcriptome du cerveau humain en développement, croisée à des techniques d’analyse computationnelle. Nous avons caractérisé le profil d’expression de « Human Accelerated Region 1 » (HAR1), un gène d’évolution accélérée dans la lignée humaine exprimé dans le cortex cérébral humain en développement. D’autre part, par l’analyse du transcriptome de régions spécifiques du cortex humain en développement, couplée à des analyses computationnelles, nous avons identifié une série de gènes présentant une combinaison unique de profil d’expression et d’évolution spécifiquement humains. Ces gènes pourraient constituer une partie importante des programmes génétiques impliqués dans le développement et l'évolution du cortex dans notre espèce.<p>L’étude approfondie de leurs profils d’expression et de leur fonction pourraient nous permettre de mieux comprendre les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents à l’évolution du cortex cérébral humain.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le cerveau génère spontanément des activités électriques enregistrables à toutes les échelles spatiales, de l'électroencéphalogramme (EEG) jusqu'à la membrane neuronale. La fréquence et l'amplitude de ces activités varient en fonction des états de vigilance. Afin de comprendre comment cette activité synaptique endogène sculpte à chaque instant l'intégration des événements exogènes, j'ai mis au point une nouvelle stratégie expérimentale in vivo visant à comparer les réponses neuronales à divers stimuli, en présence et en absence d'activité endogène. J'ai généré, chez le rat, une activité de type éveil ou sommeil puis, j'ai induit un état isoélectrique durant lequel toute activité spontanée était supprimée. J'ai montré que la suppression de l'activité synaptique dans les neurones du cortex somatosensoriel induisait une diminution de sensibilité neuronale et un accroissement de la régularité des réponses. La persistance d'une excitabilité neuronale dans cet état de coma profond m'a conduit à poursuivre mes recherches avec le service de réanimation neurologique afin d'explorer, chez des patients placés dans un tel coma, la réactivité corticale à des stimulations sensorielles. J'ai démontré chez l'homme et l'animal la persistance de potentiels évoqués sensoriels dans l'EEG et les neurones corticaux. Ces réponses apparaissaient plus tardivement, avec une amplitude plus importante et une plus grande fiabilité d'un essai à l'autre. Ainsi, il apparaît que l'activité synaptique spontanée, qui caractérise le fonctionnement " normal " du cerveau, a essentiellement comme effet d'augmenter la sensibilité des neurones ainsi que la variabilité statistique des réponses à l'environnement. / The brain spontaneously generates electrical activities, which can be recorded at all the spatial level, from the electroencephalogram (EEG) to the neuronal membrane. The frequency and the amplitude of these activities vary with the states of vigilance. To understand how this endogenous synaptic activity sculpts the integration of exogenous events, I developed a new in vivo experimental strategy to compare the cortical neuronal responses to various stimuli in the presence and absence of endogenous activity. I generated a waking-like or sleep-like synaptic activity in the rat. Then, I induced an isoelectric state in which spontaneous activity was completely suppressed. I showed that the suppression of synaptic activity in somatosensory cortex neurons resulted in a decrease in neuronal sensitivity and an increase in the regularity of responses to repeated identical stimuli. The persistence of neuronal excitability while the animal was immersed in a deep comatose led me to continue my research in collaboration with the neurological intensive care unit to explore the sensory-evoked cortical responses in patients exhibiting an isoelectric EEG. I demonstrated in humans and animals the persistence of sensory-evoked potentials in the EEG and individual cortical neurons. These cortical responses occurring in the absence of spontaneous brain activity had an augmented latency, a larger amplitude and a higher trial-to-trial reliability. It thus seems that the primary effect of the sustained background synaptic activity, the hallmark of a "normal" functioning of the brain, is to increase the sensitivity of neurons and the statistical variability of responses to the environment.

La dopamine (DA) et la noradrénaline (NA) jouent un rôle primordial dans de nombreuses fonctions cérébrales. Elles agissent par l’intermédiaire de récepteurs couplés aux protéines G qui régulent la voie de signalisation cAMP/PKA. La NA est libérée dans tout le néocortex par les neurones du locus coeruleus (LC). Les projections DA des neurones de l’aire tegmentale ventrale sont présentes dans des régions restreintes du cortex. Le but de ce projet est de caractériser les effets de la NA et de la DA exogènes mais aussi de la libération des catécholamines endogènes sur la voie AMPc/PKA en utilisant l’imagerie de sondes fluorescentes. J’ai montré que la NA, l’isoprotérénol, la DA ou le SKF 38393 stimulent l’activité PKA dans les cellules pyramidales, notamment dans les régions peu innervées par les fibres DA. Les réponses NA et isoprotérénol sont inhibées par les antagonistes β-adrénergiques et les réponses DA par un antagoniste des récepteurs D1/D5. La contribution inhibitrice des récepteurs D2 dopaminergiques et α2-adrénergiques a été mise en évidence. Les récepteurs NA et DA sont donc fonctionnellement exprimés bien au delà du territoire innervé par les fibres DA. L’expression sélective du canal photosensible channelrhodopsine (ChR2) dans les neurones NA combinée à l’imagerie PKA dans le cortex m’a permis de montré que la libération endogène de NA induite par photostimulation augmente réversiblement l’activité PKA. Ces réponses sont inhibées par les antagonistes β- adrénergiques et leur amplitude augmentée par un bloquant de la recapture de la NA. Cette approche permet donc de caractériser en temps réel la transmission catécholaminergique avec une résolution subcellulaire. / Dopamine (DA) and noradrenalin (NA) are critically involved in multiple brain functions. NA and DA modulate neuronal functions via G protein coupled receptors and cAMP/PKA signaling. NA is released in the entire neocortex by axons of locus coeruleus (LC) neurons. DA projections to the neocortex, which originate in the ventral tegmental area, innervate more restricted areas. The aim of this project is to characterize the effect of exogenous and endogenously released NA and DA on cAMP/PKA signaling by using PKA sensitive fluorescent sensors. I showed PKA activation in pyramidal neurons in response to bath application of NA, isoproterenol, DA and SKF38393. Responses were observed throughout the cortex even in areas poorly innervated by DA fibers. Responses to NA and isoproterenol were inhibited by β-receptors antagonists while responses to DA and SKF38393 were blocked by a D1/D5 receptor antagonist. The negative contribution of D2-like and α2-adrenoceptor to PKA signaling was also demonstrated using specific antagonists. These results show a widespread distribution of functional NA and DA receptors in the neocortex that extends far beyond the territory of DA fiber innervations. The selective expression of the light activated Channelrhodopsin2 in NA neurons combined with cortical PKA imaging allowed demonstrating that release of endogenous NA reversibly increases PKA activity. These responses were blocked by β-receptors antagonists while a NA transporter inhibitor increased responses. These results demonstrate that endogenous NA released from LC fibers activates the cAMP/PKA pathway in cortical neurons, providing a means to characterize catecholaminergic transmission events.

Il a maintenant été établi, par plusieurs études anatomiques, physiologiques et biochimiques, que les composantes du cortex cérébelleux, telles que les cellules de Purkinje et les afférences des fibres moussues, sont organisées selon une compartimentalisation parasagittale. Dans le but d’établir si les limites de ces diverses zones longitudinales se conforment à un même plan d'organisation, nous avons comparé, chez le rat adulte, la distribution de la projection cérébelleuse des fibres moussues du noyau réticulaire latéral (NRL), obtenue par l’injection d’un traceur antérograde, à la compartimentation des cellules de Purkinje révélée par l’anticorps monoclonal mabQ113. Nos résultats suggèrent que les afférences réticulocérébelleuses démontrent une subdivision parasagittale plus fine que celle établie par les cellules de Purkinje. Il s’avère donc possible que ce raffinement des afférences du noyau réticulaire latéral corresponde fonctionnellement aux microzones du cervelet suggérées par Oscarsson (1976), et que des mécanismes compétitifs puissent conduire à cette fine subdivision. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

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

Les recherches exposées dans ce document portent sur l'étude du rôle de HSF2 au cours du développement du système nerveux central. Les Heat Shock Factors (HSF) sont impliqués dans la réponse au choc thermique et également au cours du développement embryonnaire. Mes travaux ont démontré que HSF2 est requis au cours de la formation du cortex cérébral pour la migration de certains neurones en régulant directement l'expression de p35, sous unité activatrice de CDK5. D'autres cibles ont été identifiées NudE, Dclk, Dab1 nécessaires à la migration des neurones en participant à la dynamique du cytosquelette. De plus, ces travaux montrent que HSF2 module la prolifération et la différenciation des cellules souches neurales (NSC) et des progéniteurs (NP) car i) par électroporation in ovo chez le poulet, la surexpression de HSF2 provoque une augmentation de la prolifération des NP; ii) les NSC Hsf2−/− en culture présentent un retard de prolifération, de survie et de différenciation. Ainsi, HSF2 pourrait assister la décision cellulaire des NSC/NP vers la prolifération ou la différenciation et la migration, tel un aiguilleur de destin cellulaire