L'épilepsie est une maladie fréquente affectant 0,5 à 1% de la population générale. Elle est caractérisée par des crises récurrentes responsables d'un sévère handicap médical et psychosocial. Les causes de l'épilepsie sont multiples et peuvent être liées notamment à des lésions cérébrales anténatales ou acquises, des causes génétiques ou métaboliques. L'épilepsie du lobe temporal (ELT) est la forme la plus répandue chez l’adulte, le plus souvent associée à une sclérose de l'hippocampe et réfractaire aux traitements antiépileptiques. Si pendant longtemps l'ELT a été perçue comme une pathologie focale centrée sur l'hippocampe sclérosé, de nombreux travaux montrent que les atteintes associées à l'ELT s'étendent bien au-delà de l'hippocampe et du lobe temporal, suggérant une altération plus globale du réseau cérébral structurel impactant le fonctionnement du cerveau. Toutefois, ces atteintes sont encore mal connues. Le développement récent des séquences et du traitement de l’imagerie de diffusion permettent l’acquisition d’images anatomiques du cerveau et la modélisation des fibres de substance blanche. L’architecture du réseau cérébral peut alors être représentée mathématiquement par un graphe, appelé « connectome » structurel, définissant la force des liens structurels (fibres de substance blanche) entre différentes régions du cerveau.L’objectif principal de la thèse est d’identifier les altérations du réseau structurel liées à l’épilepsie, avec un intérêt particulier à l’ELT. L’objectif secondaire est de développer de nouvelles méthodes d’extraction du connectome structurel pour en améliorer la précision anatomique et mieux identifier et localiser les altérations du réseau structurel.Ainsi, dans un premier temps, nous établissons l’état de l’art des méthodes d’extraction et d’analyse du connectome structurel et discutons leurs limites. Nous présentons alors une nouvelle méthode d’extraction du connectome structurel haute-résolution couvrant l’ensemble du cortex et incluant certaines régions sous-corticales, baptisée « high-resolution structural connectome ». L’objectif est de définir un cadre d’analyse du connectome structurel avec une très bonne précision anatomique et de fournir les outils nécessaires pour des études individuelles ou de groupe en tenant compte des contraintes de temps de calcul et d’utilisation de la mémoire et du disque.Dans un deuxième temps, nous analysons le connectome structurel de patients ELT avec sclérose hippocampique latéralisée dans le but de mettre en évidence le réseau structurel pathologique et d’en distinguer les caractéristiques en fonction de la latéralité de la lésion. Nous validons la stabilité et la reproductibilité du connectome structurel haute-résolution sur des sujets sains. La démonstration de son intérêt clinique potentiel est apportée en observant des différences structurelles subtiles entre deux groupes de sujets sains et en identifiant les sous-structures du striatum. Enfin, notre méthode est appliquée dans un contexte clinique pour identifier les altérations de connectivité structurelle du complexe hippocampo-amygdalien, impliqué dans l’ELT, en lien avec la pathologie. Nos travaux ont ainsi permis d’identifier les altérations globales et diffuses du réseau structurel liées à l’ELT, et plus particulièrement ont mis en évidence des disparités importantes selon la latéralité de la pathologie. Nous avons également présenté une nouvelle méthode d’extraction du connectome structurel augmentant considérablement sa précision anatomique et défini les outils nécessaires à l’analyse haute-résolution du connectome structurel. L’intérêt de cette méthode a été démontré par le gain de précision anatomique obtenu pour l’étude de l’architecture cérébrale du sujet sain ou pour une meilleure identification de réseaux pathologiques, ouvrant ainsi de nombreuses perspectives sur la caractérisation de l’architecture cérébrale et son lien sur le fonctionnement du cerveau. / Epilepsy is a frequent disease affecting 0.5 to 1% of the general population, characterized by recurrent seizures responsible for severe medical and psychosocial handicaps. The causes of epilepsy may be antenatal or acquired brain lesions, genetic history or metabolic disorders. Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common medically intractable epilepsy in adults, often associated with hippocampal sclerosis. Although TLE has been perceived for a long time as a hippocampal disorder, many studies show that the disease actually affects brain regions beyond the hippocampus and temporal lobe suggesting diffuse alteration of the brain structural network. However, these alterations are still unknown. Recent advances in diffusion weighted imaging and processing allow for the acquisition of brain anatomical images and the modeling of white matter fibers. Brain network architecture can then be represented mathematically by means of a graph, called “structural connectome”, defining the strength of the structural links (white matter fibers) across brain regions.The purpose of this thesis is to identify structural network alterations associated with epilepsy, in particular TLE. The secondary objective is to develop new methods for extracting the structural connectome in order to increase the anatomical accuracy and better localize network alterations.Therefore, we first review the state of the art of the methods used for extracting and analyzing the structural connectome and establish their limitations. We then introduce a new method to extract the structural connectome with increased anatomical accuracy, which we called “high-resolution structural connectome”. The purpose is to provide a framework to analyze brain connectivity at high-resolution and to define the necessary tools for individual and group analysis, keeping in mind processing time and memory and disk usages.Then, we analyze the structural connectome of TLE patients with hippocampal sclerosis to reveal underlying pathological network, we also highlight pathological network discrepancies between left and right sided lesions. Inter- and intra-subject stability and repeatability of the high-resolution structural connectome are assessed with a cohort of healthy subjects. We demonstrate potential clinical interest by observing subtle structural differences between two groups of healthy subjects and by delineating the sub-fields of the striatum. Finally, our method is applied to the pathological case of TLE and aims at uncover structural connectivity alterations of the hippocampo-amygdalian complex, known to be involved in TLE.In conclusion, we extend our current knowledge on TLE by showing that this is a network disease involving widespread brain regions, whose pattern largely depends on lesion laterality. We also introduce a new method for extracting the structural connectome at high-resolution, considerably increasing the anatomical accuracy. The interest of this method is demonstrated on healthy subjects to better characterize the healthy brain and on the diseased brain to localize more precisely the brain regions associated with the pathology.

Les dysplasies corticales focales de type 2 (DCF2) sont une cause fréquente d’épilepsie partielle pharmacorésistante pouvant bénéficier d’un traitement chirurgical. Leur détection en IRM est un facteur indépendant de bon pronostic. Leur diagnostic reste difficile avec jusqu’à 40% d’IRM négatives. Le travail de cette thèse a pour principal objectif d’améliorer la détection des DCF2 à partir des séquences conventionnelles, d’évaluer la pertinence d’une augmentation de champ magnétique, et de valider de nouveaux outils de détection, en particulier par l’identification d’anomalies des sillons associées aux DCF2 de manière automatique puis visuelles. Cette étude a été réalisée à partir d’une des plus importante cohorte de patients (>80 patients) porteurs de DCF2 prouvée histologiquement. L’évaluation de la fréquence de chacun des signes en IRM nous a permis de démontrer que, bien qu’aucune anomalie ne soit visible dans 41% des cas, les différents signes chez les patients avec une IRM positive n’étaient jamais isolés et que la combinaison des 3 signes les plus évocateurs de DCF2 (épaississement cortical, flou de l'interface blanc-gris et « transmantle sign »), était retrouvée chez 27 patients (64%) suggérant que l’IRM puisse être un examen très caractéristique. En augmentant le champ magnétique de 1,5 à 3T en IRM le taux de détection n’est que peu modifié mais la caractérisation des DCF2 est améliorée en raison d’une meilleure visualisation du « transmantle sign », considéré comme une signature en IRM des DCF2. L’analyse automatisée des sillons basés sur le calcul d’un nouveau paramètre appelé « énergie sulcale » permet d’identifier des motifs sulcaux anormaux chez les patients porteurs de DCF2 dans la région centrale en comparaison aux sujets sains. Ce résultat souligne l'importance d’une étude des sillons et pourrait fournir un critère supplémentaire pour détecter et localiser la lésion chez des patients à IRM négative. Enfin, l’analyse visuelle des sillons par un reformatage 3D du cortex nous a permis de décrire un nouveau marqueur des DCF2 de la région centrale : un motif sulcal dénommé le "Power Button Sign". Compte tenu de son excellente reproductibilité et de sa spécificité, il pourrait être utilisé comme un nouveau critère diagnostic majeur de DCF2 de la région centrale. L’ensemble de ces résultat participe à la meilleure compréhension des phénomènes développementaux impliqués dans la physiopathologie des DCF2 et offre de nombreuses perspectives pour l’amélioration de leur détection en imagerie. / Focal cortical dysplasia type 2 (FCD2) is a common cause of intractable partial epilepsy surgically treatable. Their detection by MRI is an independent factor of good prognosis. The MR imaging diagnosis remains difficult with up to 40% negative MRI. Our main objective is to improve the detection of FCD2from conventional sequences, to assess the relevance of increased magnetic field and validate new tools for detection, in particular by identifying sulcal abnormalities associated with FCD2 automatically and visually. This study was carried out from one of the largest cohort of patients (> 80 patients) with histologically proven FCD2. The evaluation of the frequency of each MR signs showed that, although no abnormality is seen in 41% of cases, the different signs in patients with a positive MRI were never isolated and the combination of the 3 most suggestive signs of FCD2 (cortical thickening, bluring of the gray-white matter interface and "transmantle sign") was found in 27 patients (64%), indicating that MRI can be very suggestive. By increasing the magnetic field from 1.5 to 3T MRI detection rate is only slightly changed but characterization of FCD2 is improved thanks to a better visualization of the " transmantle sign " considered as a MR signature of FCD2. The automated sulcus analysis based on the calculation of a new parameter called "sulcal energy" identifies abnormal sulcal patterns in patients with FCD2 in the central region in comparison to healthy subjects. This result underlines the importance of the identification of sulci and could provide an additional criterion for detecting and locating the lesion in patients with negative MRI. Finally, the visual analysis of sulci by 3D reformatting of the cortex allowed us to describe a new MR sign of FCD2 in the central region: a sulcal pattern called the "Power Button Sign". Given its excellent reproducibility and specificity, it could be used as a new major diagnostic criterion of FCD2 in the central region. All these results contribute to the better understanding of the developmental processes involved in the pathophysiology of FCD2 and offers many opportunities for improving their MR detection.

La magnetoencephalographie (meg) et l'electroencephalographie (eeg) possèdent une resolution temporelle exceptionnelle qui les destine naturellement a l'observation et au suivi des processus electrophysiologiques sous-jacents. Cependant, il n'existe pas a ce jour de méthode d'exploitation des signaux meg et eeg qui puisse les faire prétendre au statut de veritables méthodes d'imageries. En effet, la modélisation de la production des champs magnétiques et des différences de potentiels électriques recueillis sur le champ necessite a priori la prise en compte de la géométrie complexe de la tete et des proprietes de conductivite des tissus. Enfin, l'estimation des générateurs est un probleme qui fondamentalement ne possede pas de solution unique. La motivation initiale de notre travail a concerne le developpement d'approches permettant d'obtenir une tomographie corticale de l'electrophysiologie. Nous avons alors mis en uvre une modelisation markovienne du champ d'intensite des sources en proposant des modeles spatio-temporels adaptes a la meeg, et notamment aux variations morphologiques locales des structures anatomiques corticales. De plus, nous avons exploite cette notion d'ajustement local afin de proposer une nouvelle méthode de fusion de données meg et eeg au sein d'un seul et unique problème inverse. Nous avons également accorde une importance particulière a l'évaluation des méthodes proposées. Ainsi, et pour aller au-dela des simulations numériques souvent trop limitatives, nous avons mis au point un fantôme physique adapte a la meg et a l'eeg qui nous a permis d'etudier les performances des estimateurs en association avec des modeles de tete a divers degres de realisme. Enfin, nous proposons une première application a ces méthodes dans le cadre de l'identification de réseaux épileptiques chez les patients souffrant d'épilepsie partielle.