BACKGROUND: There are only limited data about peri-interventional pain during cardiac electrophysiological procedures without analgosedation. In this study, peri-interventional pain and recollection of it after the intervention were evaluated. METHODS: A total of 101 patients (43 electrophysiological/ablation procedures and 58 device surgeries) reported pain on a numerical rating scale (NRS; 0-10) before (pre), during (peri), and after (post) the intervention. Maximum pain (maxNRS) and the average of pain (meanNRS) were used for statistical analysis. Peri-interventional pain was compared with postinterventional data of the recollection of peri-interventional pain (peri-post). Patients were allocated into 2 groups (with 51 and 50 patients, respectively) to evaluate the mode of patient-staff interaction on pain recollection. Depressive, anxiety, and somatic symptom scales (Patient Health Questionnaire-15, Generalized Anxiety Disorder-7, and Patient Health Questionnaire-15) were used to analyze their influence on pain recollection. RESULTS: In total, 49.6% of patients (n = 50) complained of moderate to severe pain (maxNRS) at least once during the procedure. The comparison between peri and peri-post data revealed the following (median (range)-maxNRS, peri: 3 (0-10) versus peri-post: 4 (0-9) (ns), and meanNRS, peri: 1.4 (0-7) versus peri-post: 2.0 (0-6) (ns). The mode of patient-staff interaction had no influence on pain. No effect was found for psychosocial factor concerning pain and the recollection of pain. The results of the linear regression showed no influence of low-dose midazolam on recollection of pain. CONCLUSION: Half of the patients reported moderate to severe pain at least once during cardiac electrophysiological procedures without analgosedation. However, on average, patients reported only low pain levels. Postinterventional derived data on discomfort reflect the peri-interventional situation.:Inhaltsverzeichnis 1 Einführung in die Thematik 1.1 Hintergrund zur Thematik 1.2 Inhaltlicher Gegenstand 1.3 Fragestellung 2 Publikation 3 Zusammenfassung der Arbeit 4 Literatur I Darstellung des eigenen Beitrages II Selbstständigkeitserklärung III Lebenslauf IV Publikationen V Danksagung

L’insuffisance cardiaque (IC) est associée à une mortalité élevée et de récurrentes hospitalisations. Sa détection précoce et sa prise en charge sont alors considérées fondamentales à une amélioration de la survie et de la qualité de vie des patients qui en souffrent. Pourtant, bien que des lignes directrices synthétisant les évidences des essais cliniques phares soient périodiquement publiées pour guider les cliniciens dans la prise en charge de l’IC, l’adhésion des professionnels de la santé à celles-ci semble être insatisfaisante. En effet, alors que les taux de prescription de certaines thérapies soient élevés, les doses prescrites n’atteignent pas toujours les cibles recommandées et d’autres thérapies sont moins utilisées. Ainsi, bien que l’inertie clinique puisse justifier une partie de ces lacunes, une caractérisation plus élaborée de cette adhésion aux lignes directrices en milieu clinique est nécessaire à une meilleure compréhension de ces écarts et par le fait même, à une meilleure prise en charge de l’IC. L’objectif de ce projet est alors de dresser, dans un premier temps, un portrait détaillé de la prise en charge des patients atteints d’IC avec une fraction d’éjection réduite suivis par une équipe interdisciplinaire dans une clinique ambulatoire spécialisée au Québec puis, dans un second temps, d’évaluer l’impact de cette adhésion sur le pronostic de ces patients. Le premier papier présenté dans ce travail démontre non seulement des taux de prescriptions élevés, mais également des taux d’optimisation des thérapies recommandées supérieurs à ce qui est rapporté dans la littérature, lorsque les paramètres physiologiques et biologiques propres à chaque patient sont considérés. Il reste néanmoins une proportion considérable de patients qui nécessitent une titration plus lente au-delà des 6 mois recommandés tandis que d’autres demeurent indéfiniment à des doses inappropriées. Le second papier présenté approfondit cette analyse et démontre que les patients recevant un traitement pharmacologique aux doses optimales sont ceux qui présentent le meilleur pronostic dans l’année suivant la période d’optimisation allouée, suivis de ceux nécessitant une titration prolongée puis, ceux demeurant à des doses sous-optimales. Or, les patients à plus haut risque de morbidité ou de mortalité sont ceux présentant une intolérance ou une contre-indication aux thérapies recommandées, une population de patients fragiles nécessitant une attention particulière lors de la prise en charge de leur IC. / Heart failure (HF) is associated with high mortality rates and recurrent hospitalizations. Hence, its early detection and optimal management are essential to improve the survival and quality of life of patients who suffer from it. Yet, although guidelines synthesizing evidence from landmark clinical trials are periodically published to guide clinicians regarding the management of HF, healthcare providers’ adherence to these recommendations appears to be unsatisfactory. Indeed, while the prescription rates for some therapies are high, doses prescribed do not always reach recommended targets, let alone other therapies that are less often used. Although clinical inertia has been suggested to potentially justify some of these care gaps, a more elaborate characterization of this adherence to guidelines in the real-world clinical setting is necessary for a better understanding of these deviations and ultimately, for a better management of HF. The objective of this project is therefore to, firstly, draw-up a detailed portrait of the management of patients with HF and reduced ejection fraction (HFrEF) followed by a multidisciplinary team in a specialized outpatient clinic in Quebec and then, to assess the impact of the different level of adherence to guidelines on the prognosis of these patients. The first paper presented in this work demonstrates not only high prescription rates, but also rates of optimization of recommended therapies higher than what was previously reported in the literature, when physiological and biological parameters specific to each patient are considered. However, there remains a considerable proportion of patients who require slower titration beyond the recommended 6 months while others remain indefinitely on inappropriately low doses. The second paper presented deepens this analysis and demonstrates that patients receiving pharmacological treatment at optimal doses are those with the best prognosis in the year following the allocated optimization period, followed by those requiring prolonged titration and then those remaining at suboptimal doses. However, the patients at the highest risk of morbidity or mortality are those presenting an intolerance or a contraindication to the recommended therapies, a population of fragile patients requiring special attention during the management of their HF.

The heart is one the most important organs in the human body and many other live creatures. The electrical activity in the heart controls the heart function, and many heart diseases are linked to the abnormalities in the electrical activity in the heart. Mathematical equations and computer simulation can be used to model the electrical activity in the heart. The heart models are challenging to solve because of the complexity of the models and the huge size of the problems. Several cell models have been proposed to model the electrical activity in a single heart cell. These models must be coupled with a heart model to model the electrical activity in the entire heart. The bidomain model is a popular model to simulate the propagation of electricity in myocardial tissue. It is a continuum-based model consisting of non-linear ordinary differential equations (ODEs) describing the electrical activity at the cellular scale and a system of partial differential equations (PDEs) describing propagation of electricity at the tissue scale. Because of this multi-scale, ODE/PDE structure of the model, splitting methods that treat the ODEs and PDEs in separate steps are natural candidates as numerical methods. First, we need to solve the problem at the cellular scale using ODE solvers. One of the most popular methods to solve the ODEs is known as the Rush-Larsen (RL) method. Its popularity stems from its improved stability over integrators such as the forward Euler (FE) method along with its easy implementation. The RL method partitions the ODEs into two sets: one for the gating variables, which are treated by an exponential integrator, and another for the remaining equations, which are treated by the FE method. The success of the RL method can be understood in terms of its relatively good stability when treating the gating variables. However, this feature would not be expected to be of benefit on cell models for which the stiffness is not captured by the gating equations. We demonstrate that this is indeed the case on a number of stiff cell models. We further propose a new partitioned method based on the combination of a first-order generalization of the RL method with the FE method. This new method leads to simulations of stiff cell models that are often one or two orders of magnitude faster than the original RL method. After solving the ODEs, we need to use bidomain solvers to solve the bidomain model. Two well-known, first-order time-integration methods for solving the bidomain model are the semi-implicit method and the Godunov operator-splitting method. Both methods decouple the numerical procedure at the cellular scale from that at the tissue scale but in slightly different ways. The methods are analyzed in terms of their accuracy, and their relative performance is compared on one-, two-, and three-dimensional test cases. As suggested by the analysis, the test cases show that the Godunov method is significantly faster than the semi-implicit method for the same level of accuracy, specifically, between 5 and 15 times in the cases presented. Second-order bidomain solvers can generally be expected to be more effective than first-order bidomain solvers under normal accuracy requirements. However, the simplest and the most commonly applied second-order method for the PDE step, the Crank-Nicolson (CN) method, may generate unphysical oscillations. We investigate the performance of a two-stage, L-stable singly diagonally implicit Runge-Kutta method for solving the PDEs of the bidomain model and present a stability analysis. Numerical experiments show that the enhanced stability property of this method leads to more physically realistic numerical simulations compared to both the CN and Backward Euler (BE) methods.

Les modèles murins de la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) ont permis des avancées dans la compréhension des mécanismes pouvant conduire à la mort sélective et progressive des motoneurones (Mns) mais ils présentent des disparités dans la sévérité et le décours temporel de la maladie. Parmi les hypothèses avancées figurent des modifications des propriétés intrinsèques des motoneurones conduisant à des modifications de l’excitabilité et de l’homéostasie du calcium intracellulaire et à la mort du motoneurone.Nous avons donc étudié les propriétés électrophysiologiques des Mns lombaires de souris SOD1G85R et SOD1G93A, deux modèles à faible nombre de copies du gène humain muté, durant les deux premières semaines postnatales afin d’identifier d’éventuelles anomalies pré-symptomatiques précoces. Nos travaux ont été réalisés sur deux préparations in vitro de moelle entière isolée et de tranches de moelle épinière. Les Mns mutants présentent, sur les deux types de préparations, une altération des propriétés du potentiel d’action se traduisant par un allongement de la durée associée à une diminution des vitesses maximales de dépolarisation et repolarisation et une réduction d’amplitude. Ces altérations apparaissent entre P2-P5 dans les Mns SOD1G85R et entre P6-P10 dans les Mns SOD1G93A et suggèrent une diminution de la densité des canaux sodiques et potassiques associés au potentiel d’action. Nous avons aussi observé sur des tranches de moelle épinière entre P6-P10 que le gain de fréquence des Mns SOD1G85R diminue et celui des SOD1G93A augmente sans aucune modification des densités des courants entrants persistants sodiques et calciques. On note également que, sur tranches de moelle épinière, les Mns SOD1G93A présentent un potentiel de repos diminué. En présence d’une surcharge calcique extracellulaire, les propriétés membranaires des Mns SOD1G85R entre P6-P10 sont moins affectées que celles des Mns témoins. Les effets différentiels de cette surcharge peuvent être dus à des modifications différentes de la dépendance au voltage des canaux voltage-dépendants et/ou à la modulation de certains types de canaux activés par le calcium extracellulaire. Une arborisation dendritique plus ramifiée que celle de Mns témoins, comparable à celle précédemment décrite dans les Mns SOD1G85R, a été observée dans les Mns SOD1G93A à P8-P9 avec des altérations du potentiel d’action citées plus haut et une réduction de la rhéobase. Ces altérations morphologiques et électriques pourraient indiquer des modifications de cinétiques et/ou de densités de canaux sur des sites différents dans ces Mns. Nos travaux montrent donc, d’une part que les mutations SOD1G85R et SOD1G93A induisent dans ces deux modèles murins des altérations des propriétés des Mns lombaires comparables mais décalées dans le temps et d’autre part que certaines altérations semblent être spécifiques à une mutation SOD1 donnée. / The SOD1 murine models of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) allowed major progress in the understanding of mechanisms which could lead to a selective loss of motoneurons (Mns), but these models display differences in the severity and time course of the disease. Changes in intrinsic properties of motoneurons may induce changes in excitability and intracellular calcium homeostasis leading to motoneuron death.Therefore, we studied electrophysiological properties of lumbar Mns from SOD1G85R and SOD1G93A mice, low expressor lines, during the first two postnatal weeks in order to identify possible early presymptomatic abnormalities. Our studies were carried out on two in vitro preparations: the whole isolated spinal cord and acute spinal cord slices. Mutant Mns display, in the two preparations, a modified action potential characterized by an increased duration due to a decrease of the maximal speeds of depolarisation and repolarisation and a reduction of the spike amplitude. These alterations appeared between P2-P5 in SOD1G85R Mns and between P6-P10 in SOD1G93A Mns and suggest a decrease of the density of sodium and potassium channels related to action potential. We also showed on spinal cord slices between P6-P10 that the gain of frequency decreases for SOD1G85R Mns and increases for SOD1G93A Mns without any change in the density of persistent inward sodium or calcium currents in these different mutant Mns. We observed also that the resting membrane potential of SOD1G93A Mns on spinal cord slices is decreased. The membrane properties of SOD1G85R Mns between P6-P10 were less susceptible to changes in presence of an extracellular calcium overload. Differential effects of this extracellular calcium overload on membrane properties of WT and SOD1G85R Mns could be due to different alterations of the potential dependence of voltage-gated channels and/or to the modulation of some types of channels sensitive to extracellular calcium. An over-branching of dendritic arborization, similar to that previously described in SOD1G85R Mns, was observed in SOD1G93A at P8-P9 with the above-mentioned action potential alterations and a weak rheobasic current. These morphogical and electrical changes could indicate together alterations of kinetics and/or density of channels on different sites on these Mns. In conclusion, our work shows on one hand that SOD1G85R and SOD1G93A mutations induce similar alterations of lumbar Mns properties but time-shifted in these two murine models and on the other hand that some alterations seem to be specific to a given SOD1 mutation.

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La "chirurgie éveillée du cerveau" consiste à retirer des tumeurs cérébrales infiltrantes (gliomes de bas grade, GIBG) à progression lente chez un patient éveillé. Une cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau est réalisée par stimulation électrique directe (SED) des zones proches de la tumeur afin de discriminer les aires cérébrales fonctionnelles de celles qui ne le sont plus. Les effets inhibiteurs de la stimulation sont mis en évidence par les tests neuropsychologiques réalisés par le patient lors de la chirurgie. Cependant, la SED est paramétrée de manière totalement empirique bien qu’utilisée de façon standardisée. De plus, si ses effets comportementaux sont mis en avant, ses effets électrophysiologiques restent plus méconnus. La conservation de la relation entre électrophysiologie (potentiel évoqué, PE) et comportement (fonction) est cruciale lors de chirurgies des GIBG : l’analyse des PE en temps réel permettrait une identification de ces relations au cours même de la chirurgie.Pour cela, nous avons réalisé des enregistrements peropératoires de l’activité électro-corticographique (ECoG) du cortex (CPP, n° ID-RCB : 2015-A00056-43). L’étude de ces enregistrements a permis de mesurer les effets electrophysiologiques de la SED corticale et sous-corticale, en évaluant la réponse du cerveau à la stimulation au travers des PE. Une chaine d'acquisition spécifique à la mesure de l'ECoG a été développée afin de pouvoir à terme mesurer et visualiser les PE en temps réel. De plus, un algorithme de post-traitement a été implémenté afin de réduire la contamination du signal par l’artefact de stimulation.Mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la SED, notamment au travers de la mesure des réponses électrophysiologiques, doit permettre de proposer des protocoles peropératoires plus objectifs afin d'améliorer la planification chirurgicale et la qualité de vie des patients. / The ‘Awake brain surgery’ consists in removing some slow-growing infiltrative brain tumor (low grade glioma, LGG) in a patient, to delay its development while preserving the functions. An anatomo-functional mapping of the brain is performed by electrically stimulating brain areas near the tumor to discriminate functional versus nonfunctional areas. The inhibitory effects of this direct electrical stimulation (DES) are evidenced by the neuropsychological tests undergone by the patient during the tumor resection. However, the DES parameters are empirically set even though its use is standardised. Moreover, even if its behavioural effects are well known, its electrophysiological effects have been partially depicted.Preserving the relationship between electrophysiology (evoked potential, EP) and behaviour (function) is crucial in LGG surgery.Intra-operative electrocorticographic recordings (ECoG) of the brain activity were thus performed (CPP, n° ID-RCB : 2015-A00056-43). The electrophysiological effects of cortical and subcortical DES on brain activity have been highlighted, by assessing the response of the brain to the stimulation through EP recordings analysis. A new acquisition set-up has also been specifically developed for ECoG recordings in order to measure and eventually visualise the EP in real-time. Furthermore, a post-processing algorithm has been implemented to reduce the signal disturbances induced by the stimulation artefact.A better understanding of the underlying DES mechanisms, in particular through the measurement of electrophysiological responses, should enable designing more perfected protocols in order to improve the surgical planning, and quality of life of the patients.

Dans notre environnement, nous sommes constamment exposés à de multiples stimuli sensoriels que notre cerveau doit analyser. Afin d'interagir avec le monde qui nous entoure, nous devons intégrer ces différentes sources d'informations sensorielles. L'étude des processus d'intégration multisensorielle est essentielle pour comprendre comment le cerveau intègre les éléments séparés d'un objet défini par plusieurs composantes sensorielles pour former un percept unifié. Il est maintenant couramment admis que la présentation conjointe de plusieurs informations sensorielles de modalités différentes d'un même stimulus peut faciliter la perception. Cette facilitation multisensorielle semble être soumise à des règles particulières puisque certains facteurs l'influencent. Parmi eux, nous avons étudié, dans notre première étude, l'impact de trois facteurs que sont la saillance, la congruence sémantique et le changement de modalité sur les performances de détection de stimuli naturels chez l'homme et le singe. L'utilisation de stimuli naturels nous a permis de mettre en lumière l'influence des paramètres physiques des stimuli sur l'intégration multisensorielle. De plus, nous avons montré que les effets de ces facteurs sur des stimuli naturels diffèrent de ceux retrouvés avec des stimuli simples. Ces résultats convergent vers des effets multifactoriels sur la facilitation multisensorielle dont la force, les interdépendances et l'ordre varieraient en fonction de la tâche comportementale et de ce fait, de la charge cognitive. D'un point de vue anatomique et plus précisément au niveau cortical, les processus d'intégration multisensorielle paraissaient être jusqu'à récemment une caractéristique que seules possédaient les aires associatives situées au sommet de la hiérarchie du traitement de l'information. On sait maintenant que des aires corticales de bas niveau, pensées jusque-là comme étant unisensorielles, sont impliquées dans les processus multisensoriels, soulevant ainsi la question des aires sous-corticales. Des études anatomiques ont mis en évidence l'existence de noyaux thalamiques qui, par leurs connexions, pourraient permettre un transfert rapide et même une intégration des informations sensorielles. Cette nouvelle littérature témoigne de la grande complexité des réseaux cérébraux de la multisensorialité. Dans deux études électrophysiologiques chez le singe, nous avons examiné les propriétés multisensorielles de deux structures, le gyrus cingulaire postérieur et le pulvinar médian, qui n'avaient jamais été explorées auparavant dans un contexte multisensoriel. Nous avons montré que ces structures sont non seulement multisensorielles mais également intégratives et qu'elles pourraient appartenir à un même système fonctionnel. Ces travaux de thèse ont apporté des éléments supplémentaires quant à notre compréhension des processus d'intégration multisensorielle au niveau comportemental et des réseaux cérébraux sous-jacents et particulièrement ceux liés à l'intégration de stimuli naturels. / In our environment, we are constantly exposed to multiple sensory stimuli that our brain has to analyze. To interact with the surrounding world, we have to integrate these different sources of sensory information. The study of the processes of multisensory integration are essential in understanding how our brain integrates the individual parts of an object defined by several sensory components to arrive at a unified percept. It is now widely accepted that the concurrent presentation of several sensory information about the same stimulus in different modalities can facilitate its perception. This multisensory facilitation seems to be subjected to specific rules since some factors influence it. Amongst them, we have studied, in our first experiment, the impact of three factors, namely saliency, semantic congruency and modality switch, on the detection of natural stimuli in humans and monkeys. Using natural stimuli enabled us to highlight the influence of the physical parameters of stimuli on multisensory integration. Moreover, we showed that the effect of these factors on natural stimuli are different from those found with simple stimuli. These results point toward multifactorial effects on multisensory facilitation, of which the force, the interdependency and the order would vary as a function of the behavioral task, and, thus as a function of the cognitive load. From an anatomical point of view and more specifically at the cortical level, the integration mechanism appeared to be, until recently, a characteristic possessed only by associative areas at the top of the hierarchy of information processing. We now know that low level cortical areas, thought up to then to be only unisensory, are implicated in multisensory processes, thus raising the question about subcortical areas. Anatomical studies have shown the existence of thalamic nuclei which, through their connectivity, could allow for a rapid transfer and even an integration of sensory information. This new literature demonstrates the high complexity of the multisensory cerebral networks. In two electrophysiological studies in the monkey, we examined the multisensory properties of two structures, the posterior cingulate gyrus and the median pulvinar, which had never been explored before in a multisensory context. We not only showed that these structures are multisensory, but also integrative and that they could be part of the same functional network. This thesis has brought additional elements towards a better understanding of multisensory integration processes at the behavioral level and about the underlying brain networks, in particular those linked with the integration of natural stimuli.

Extended periods of oxygen deprivation cause brain death in mammals but the western painted turtle overwinters in anoxic mud for months without damage. Neural protection is achieved through decreases in the whole cell currents of N-methyl-D-aspartate and alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors (NMDAR and AMPAR) that are dependent on a mild increase in intracellular calcium from the mitochondria. The goal of this research was to determine if natural anoxic decreases in reactive oxidative species (ROS) serve as the signal to bring about these changes. Reductions in cellular ROS levels were demonstrated to have no effect on AMPAR currents or intracellular calcium and produced massive increases in NMDAR currents, indicating that ROS depression does not directly mediate anoxic alterations. Interestingly, mammalian neural tissue also experiences a similar increase in NMDAR whole cell current in response to reducing agents suggesting a possible conserved mechanism for normoxic receptor control.

Le rôle du collicule inférieur dans les divers processus auditif demeure à ce jour méconnu chez l’humain. À l’aide d’évaluations comportementales et électrophysiologiques, le but des études consiste à examiner l’intégrité fonctionnelle du système nerveux auditif chez une personne ayant une lésion unilatérale du collicule inférieur. Les résultats de ces études suggèrent que le collicule inférieur n’est pas impliqué dans la détection de sons purs, la reconnaissance de la parole dans le silence et l’interaction binaurale. Cependant, ces données suggèrent que le collicule inférieur est impliqué dans la reconnaissance de mots dans le bruit présentés monauralement, la discrimination de la fréquence, la reconnaissance de la durée, la séparation binaurale, l’intégration binaurale, la localisation de sources sonores et, finalement, l’intégration multisensorielle de la parole. / The role of the inferior colliculus in human auditory processing is still poorly understood. We report the results obtained from a 12-year-old boy who suffered a very circumscribed lesion at the level of the right inferior colliculus without additional neurological damage. The child underwent an extensive battery of psychophysical and electrophysiological tests. Results revealed that tonal detection thresholds, speech recognition in the absence of competing auditory input and performance on binaural interaction tasks were unimpaired. However, the pattern of results suggests that auditory functions such as the recognition of low-redundancy speech presented monaurally, frequency discrimination, the recognition of tone-duration patterns, binaural separation, binaural integration, sound-source localization in space as well as mutlisensory integration depend on the integrity of the bilateral auditory pathways at the level of the inferior colliculus.

Extended periods of oxygen deprivation cause brain death in mammals but the western painted turtle overwinters in anoxic mud for months without damage. Neural protection is achieved through decreases in the whole cell currents of N-methyl-D-aspartate and alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptors (NMDAR and AMPAR) that are dependent on a mild increase in intracellular calcium from the mitochondria. The goal of this research was to determine if natural anoxic decreases in reactive oxidative species (ROS) serve as the signal to bring about these changes. Reductions in cellular ROS levels were demonstrated to have no effect on AMPAR currents or intracellular calcium and produced massive increases in NMDAR currents, indicating that ROS depression does not directly mediate anoxic alterations. Interestingly, mammalian neural tissue also experiences a similar increase in NMDAR whole cell current in response to reducing agents suggesting a possible conserved mechanism for normoxic receptor control.